JP4526764B2 - 半導体装置及び半導体装置の生産システム - Google Patents
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Description
【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を用いて構成される半導体装置に係り、特に、絶縁表面上に結晶成長させた結晶質半導体膜を活性層として有する薄膜トランジスタを用いた半導体装置に関する。さらにレーザー光を用いた半導体装置の生産システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴ（ポリシリコンＴＦＴ）は、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【０００３】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合において、半導体膜の結晶化にレーザーアニールを用いることは、ガラス基板の熱変形を避けるのに非常に有効である。
【０００４】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００５】
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００６】
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、レーザービームの大きさを数ｃｍ2以上として量産性を上げることができる。特に、レーザービームの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつつあった。
【０００７】
しかし近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに脚光を浴び始めている。
【０００８】
なお絶縁表面上に単結晶半導体膜を形成する試みは古くから成され、より積極的な試みとしてグラフォエピタキシー（graphoepitaxy）という技術が考案されている。グラフォエピタキシーは石英基板の表面に段差を形成し、この上に非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜を形成してから、レーザービームやヒーターで加熱させ、石英基板上に形成された段差形状を核として、エピタキシャル的な成長層を形成するという技術である。この技術は例えば非特許文献１等に開示されている。
【０００９】
【非特許文献１】
J. Vac. Sci. Technol.,"Grapho-epitaxy of silicon on fused silica using surface micropatterns and laser crystallization", 16(6),1979,pp1640-1643.
【００１０】
また、例えば非特許文献２にも、グラフォーエピタキシーと呼ばれる半導体膜の結晶化技術について開示されている。これは人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。上記非特許文献２には、グラフォーエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。
【００１１】
【非特許文献２】
M. W. Geis, et al.,"CRYSTALLINE SILICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY" Technical Digest of International Electron Devices Meeting, 1979, pp.210.
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
パルス発振と連続発振とに大別されるレーザーアニール法を用いて作製される結晶質半導体膜は、一般的に複数の結晶粒が集合して形成される。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶質半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶質半導体膜を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の界面（粒界）が存在することがある。
【００１３】
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性が低下することが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチャネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、また粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のＴＦＴにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
【００１４】
半導体膜にレーザー光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、以下の理由による。レーザー光の照射によって完全溶融した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核からそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさは、ランダムなものとなる。
【００１５】
よって、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、粒界の影響を排除して単一の結晶粒で形成することが理想的であるが、粒界の存在しない結晶質珪素膜をレーザーアニール法で形成するのは殆ど不可能であった。そのためレーザーアニール法を用いて結晶化された結晶質珪素膜を活性層とするＴＦＴで、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは、今日まで得られていない。
【００１６】
本発明は上述した問題に鑑み、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぎ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができるレーザー結晶化法を用いた、半導体装置の生産システムの提供を課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、凹凸を有する絶縁膜上に半導体膜を形成し、該半導体膜にレーザー光を照射すると、絶縁膜の凹部の凹底部または凸部の凸上部のエッジ近傍において結晶核が生成し、該結晶核から該絶縁膜と平行な方向に向かって結晶成長が進むことを見出した。なお凹部は、凸部が形成されていない窪んだ領域を指す。
【００１８】
図１を用いてこのメカニズムについて説明する。図１（Ａ）に、凸部１０ａを有する絶縁膜１０上に半導体膜１１が形成されている様子を示す。レーザー光の照射により半導体膜１１が溶融した後、該半導体膜１１内の熱が絶縁膜１０に放熱される。このとき、絶縁膜と接している面積がより大きい部分において効率的に放熱が行われる。例えば図１（Ａ）では、半導体膜１１と絶縁膜１０との接している面が平坦な部分１２、１３よりも、接している面どうしが交わっている部分１４、１５の方が絶縁膜への放熱が効率的であり、結晶核がより早く形成される。また、絶縁膜の熱容量が大きい部分の方が、より効率的に放熱が行われる。例えば、凹部のエッジ近傍１４の方が凸部のエッジ近傍１５よりも、一定の範囲内における絶縁膜の体積が大きいため熱容量が大きいので、逃げた熱がこもりにくく、効率的に放熱が行われる。よって、凹部のエッジ近傍１４の方が凸部のエッジ近傍１５よりも結晶核が早く出来やすい。
【００１９】
そして時間の経過と共に、凹部のエッジ近傍１４において生成された結晶核から、絶縁膜と平行な方向に向かって結晶成長が進む。図１（Ｂ）を用いて、半導体膜の結晶の成長方向について説明する。図１（Ｂ）に２つの凸部１０ａ、１０ｂを有する絶縁膜１０上に半導体膜１１が形成されている様子を示す。半導体膜１１において、凹部のエッジ近傍１４から結晶成長が矢印に示した方向に向かって進む。そして隣り合う凹部のエッジ近傍１４から進んだ結晶成長は、互いにその中間付近でぶつかり合い、粒界１６を形成して結晶成長が止まる。
【００２０】
このように、凸部を設けた絶縁膜をレーザー光の照射により結晶化すると、粒界の形成される位置をある程度制御することが可能になる。よって、絶縁膜の形状を設計した段階で、半導体膜の粒界の形成される位置をある程度予測することができる。つまり本発明では粒界が形成される位置を選択的に定めることができるので、活性層、より望ましくはチャネル形成領域に粒界がなるべく含まれないように、活性層をレイアウトすることが可能になる。
【００２１】
具体的に絶縁膜には、ストライプ状（縞状）または矩形の凹凸を設ける。そして、該絶縁膜上に形成された半導体膜に対し、絶縁膜のストライプの凹凸に沿って、または矩形の長軸か短軸の方向に沿って、連続発振のレーザー光を照射する。なおこのとき、連続発振のレーザー光を用いるのが最も好ましいが、パルス発振のレーザー光を用いても良い。なおレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における凸部の断面は、矩形、三角形または台形であっても良い。
【００２２】
そして半導体膜の隣り合う凸部のエッジ間の中央付近と、凹部のエッジ間の中央付近は、成長した結晶がぶつかり合うことで形成される粒界が存在している。よって本発明では、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分１７を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。または凸部のエッジ近傍と、凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分１８を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。結晶性が優れている部分１７、１８は、必ずしも粒界を含まないわけではないが、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。
【００２３】
本発明では、結晶性が優れている部分１７、１８を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００２４】
なお、レーザー光のレーザービームのエッジの近傍は、中央付近に比べて一般的にエネルギー密度が低く、半導体膜の結晶性も劣る場合が多い。そのためレーザー光を走査する際に、後にＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、その軌跡のエッジとが重ならないようにするのが望ましい。
【００２５】
そこで本発明の生産システムでは、まず設計の段階で得られた、基板上面から見た絶縁膜または半導体膜の形状のデータ（パターン情報）を記憶手段に記憶する。そしてそのパターン情報と、レーザー光のレーザービームの走査方向と垂直な方向における幅とから、少なくともＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、レーザー光の軌跡のエッジとが重ならないように、レーザー光の走査経路を決定する。そして、マーカーを基準として基板の位置を合わせ、決定された走査経路にしたがってレーザー光を基板上の半導体膜に対して照射する。
【００２６】
上記構成により、基板全体にレーザー光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分にのみレーザー光を走査するようにすることができる。よって、不必要な部分にレーザー光を照射するための時間を省くことができ、よって、レーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。また不必要な部分にレーザー光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことができる。
【００２７】
なお、マーカーは、基板を直接レーザー光等によりエッチングすることで形成しても良いし、凹凸を有する絶縁膜を形成する際に、同時に絶縁膜の一部にマーカーを形成するようにしても良い。また、実際に形成された絶縁膜または半導体膜の形状をＣＣＤ等の撮像素子を用いて読み取り、データとして第１の記憶手段に記憶し、第２の記憶手段に設計の段階で得られた絶縁膜または半導体膜のパターン情報を記憶し、第１の記憶手段に記憶されているデータと、第２の記憶手段に記憶されているパターン情報とを照合することで、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【００２８】
絶縁膜の一部にマーカーを形成したり、絶縁膜の形状をマーカーとして用いることで、マーカー用のマスクを１枚減らすことができ、なおかつ基板にレーザー光で形成するよりもよりも、正確な位置にマーカーを形成することができ、位置合わせの精度を向上させることができる。
【００２９】
なお、レーザー光のエネルギー密度は、一般的には完全に均一ではなく、レーザービーム内の位置によりその高さが変わる。本発明では、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に、一定のエネルギー密度のレーザー光を照射することが必要である。よって本発明では、レーザー光の走査により、均一なエネルギー密度を有する領域が、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体と完全に重なるような、エネルギー密度の分布を有するレーザービームを用いることが必要である。上記エネルギー密度の条件を満たすためには、レーザービームの形状を、矩形または線形等にすることが望ましいと考えられる。
【００３０】
さらにスリットを介し、レーザービームのうちエネルギー密度の低い部分を遮蔽するようにしても良い。スリットを用いることで、比較的均一なエネルギー密度のレーザー光を凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設けることで、絶縁膜または半導体膜のパターン情報によって部分的にレーザービームの幅を変えることができ、チャネル形成領域、さらにはＴＦＴの活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。なおレーザービームの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるレーザービームの長さを意味する。
【００３１】
また複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで得られた１つのレーザービームを、レーザー結晶化に用いても良い。上記構成により、各レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い合うことができる。
【００３２】
凹凸を有する絶縁膜は、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅よりも広い方が、ＴＦＴの活性層として用いる半導体膜のレイアウトにおける制約が小さくなるので望ましい。具体的には、絶縁膜の凹凸の長手方向と垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅の３倍以上であるのが望ましい。
【００３３】
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように（例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザー光の照射を行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含まれるボロン等が、レーザー光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐことができる。
【００３４】
なお、従来のグラフォーエピタキシー（graphoepitaxy）と呼ばれる半導体膜の結晶化技術は、人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。このグラフォーエピタキシーに関する技術は、上記非特許文献２等に記載されている。上記論文等には、グラフォーエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。しかし、エピタキシャル成長に必要な温度は、少なくとも７００℃程度は必要であり、ガラス基板上においてエピタキシャル成長を行おうとすると、絶縁膜の凹部または凸部のエッジ近傍において半導体膜に粒界が形成されてしまう。本発明では、アイランドのマスクをレイアウトして、該アイランドとなる部分における結晶性を高められるように、絶縁膜の凹部または凸部の形状及びエッジの位置を、アイランドのレイアウトに合わせて設計する。具体的には凹部または凸部のエッジ及び凹部または凸部のエッジ間の中央付近と、アイランドとが重ならないように、凹部または凸部の形状、サイズ等を定める。そしてアイランドのレイアウトに合わせて設計された絶縁膜を用い、意図的に粒界の位置を選択的に定める。そして該半導体膜の選択的に形成された粒界の存在する部分をパターニングにより除去し、結晶性の比較的優れている部分をアイランドとして用いる。よって本発明において開示する技術は、従来のグラフォーエピタキシーと、段差を設けた絶縁膜上に半導体膜を形成し、該段差を用いて半導体膜を結晶化させる点では一致しているが、従来のグラフォーエピタキシーには段差を用いて粒界の位置を制御し、アイランド内の粒界を少なくするという概念は含まれておらず、本発明とは似て非なるものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、図２を用いて、本発明で用いられるレーザー光の照射方法について説明する。
【００３６】
まず、図２（Ａ）に示すように基板１００上に絶縁膜１０１を形成する。絶縁膜１０１はストライプ状の凸部１０１ａを含んでいる。なおこの凹凸の形成の仕方については、後段において詳しく説明する。絶縁膜１０１は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等を用いることができる。なお、アルカリ金属などの不純物が後に形成される半導体膜内に取り込まれるのを防ぐことができ、後の処理温度に耐え得る絶縁性を有する膜で、なおかつ凹凸を形成することができるのであれば、これらの他の絶縁膜を用いても良い。また２つ以上の膜の積層構造であってもよい。
【００３７】
このとき、絶縁膜１０１と同時に、絶縁膜の一部を利用してマーカーを形成するようにしても良い。
【００３８】
基板１００は、後の工程の処理温度に耐えうる材質であれば良く、例えば石英基板、シリコン基板、バリウムホウケイ酸ガラスまたはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いることができる。また、処理温度に耐えうる程度に耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００３９】
次に、絶縁膜１０１を覆うように、半導体膜１０２を形成しする。半導体膜１０２は、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により成膜することができる。なお、半導体膜は非晶質半導体膜であっても良いし、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜であっても良い。また珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。
【００４０】
このとき、絶縁膜１０１の凹凸に沿って、半導体膜１０２にも凹凸が現れる。なお、絶縁膜１０１の凸部１０１ａのサイズについては設計者が適宜設定することができるが、後に形成される半導体膜が凸部のエッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定する必要がある。また凹部において活性層をレイアウトする場合、凹部の幅は凸部の幅よりも広くすることで、活性層のレイアウトの制約を小さくすることができる。凸部において活性層をレイアウトする場合、凸部の幅は凹部の幅よりも広くすることで、活性層のレイアウトの制約を小さくすることができる。本実施の形態では、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、例えば凹部の平坦な部分の幅を凸部の平坦な部分の幅の２倍以上にし、また凸部の幅を３００〜３０００ｎｍとした。さらに凸部の高さを３０〜３００ｎｍとした。
【００４１】
次に、図２（Ａ）に示すように、半導体膜１０２にレーザー光を照射し、結晶性が高められた半導体膜（ＬＣ後）１０３を形成する。レーザー光のエネルギー密度は、レーザービーム１０４のエッジの近傍において低くなっており、そのためエッジの近傍は結晶粒が小さく、結晶の粒界に沿って突起した部分（リッジ）が出現する。そのため、レーザー光のレーザービーム１０４の軌跡のエッジと、チャネル形成領域となる部分とが重ならないようにする。
【００４２】
なおレーザー光の走査方向は、矢印に示すように、凸部１０１ａの方向と平行になるように定める。
【００４３】
本発明では公知のレーザーを用いることができる。レーザー光は連続発振であることが望ましいが、パルス発振であってもある程度本発明の効果を得ることができると考えられる。レーザーは、気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ2Ｏ3レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００４４】
またさらに、固体レーザーから発せられらた赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザー光を用いることもできる。
【００４５】
なお、図２（Ａ）の、結晶化される前のＡ−Ａ’における断面図が図２（Ｂ）に相当し、結晶化された後のＢ−Ｂ’における断面図が図２（Ｃ）に相当する。レーザー光の照射によって結晶化された半導体膜（ＬＣ後）１０３では、絶縁膜１０１の凹部の中央付近近傍において、粒界１０５が生じやすくなる。そして、図２では凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分１０６を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。結晶性が優れている部分１０６は、必ずしも粒界を含まないわけではないが、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。なお、凸部のエッジ近傍と、凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分を、活性層またはチャネル形成領域として用いるようにしても良い。
【００４６】
次に、図３（Ａ）に示すように、粒界が多く形成されていると考えられる凹部のエッジ間の中央付近近傍と、凸部近傍の半導体膜とをチャネル形成領域として用いないように、結晶化後の半導体膜１０３をパターニングし、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、結晶性の優れている部分を用い、島状の半導体膜（アイランド）１０８を形成する。
【００４７】
なお本実施例では、凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍と、凸部と、凹部の中央付近近傍とを一部残す様に半導体膜１０３をパターニングすることで、図３（Ａ）に示すような、チャネル形成領域の部分のみ分離したスリット状の活性層として用いるアイランド１０８を形成した。アイランド１０８のＡ−Ａ’における断面図を図３（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’における断面図を図３（Ｃ）に示す。ソース領域またはドレイン領域となる部分はチャネル形成領域ほど半導体膜の結晶性によるＴＦＴの特性への影響が大きくない。そのため、半導体膜の結晶性が芳しくない部分をソース領域またはドレイン領域として用いても然程問題にはならない。
【００４８】
次に図４（Ａ）に示すように、少なくともアイランド１０８のチャネル形成領域となる部分を覆うように、ゲート絶縁膜１１０を形成する。なお図４（Ａ）では、ソース領域またはドレイン領域となる部分が露出しているが、ゲート絶縁膜１１０でアイランド１０８全体を覆うようにしても良い。
【００４９】
次に、導電性を有する膜を成膜し、パターニングすることで、ゲート電極１１１を形成する。なお、図４（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図４（Ｂ）に示す。ゲート電極１１１は全てのチャネル形成領域と重なっている。
【００５０】
上記作製工程によって、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有するＴＦＴが完成する。このような構成にすることで、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【００５１】
次に、本発明の生産システムについて説明する。図５に本発明の生産システのフローチャートを示す。まずアイランドのマスクを設計し、次に絶縁膜の形状をストライプ状または矩形状の凹凸を有するように設計する。このとき、該アイランドの１つまたは複数が絶縁膜の凹部または凸部の平らな面にレイアウトされるようにする。さらに、アイランドは、凹部または凸部のエッジ間の中央付近の、粒界が比較的形成されやすい部分を避けるようにレイアウトすることが望ましい。そして、アイランドをＴＦＴの活性層として用いる場合、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と、絶縁膜のストライプの向きまたは矩形の長辺か短辺方向に揃えるようにすることが望ましいが、用途に応じて意図的に方向を揃えない様にしても良い。
【００５２】
また、このとき絶縁膜の一部にマーカーが形成されるように、絶縁膜の形状を設計するようにしても良い。
【００５３】
そして、設計された絶縁膜の形状に関する情報（パターン情報）を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力し、その記憶手段に記憶する。コンピューターでは、入力された絶縁膜のパターン情報と、レーザービームの走査方向に対して垂直な方向における幅とに基づき、レーザー光の走査経路を定める。このとき、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または凸部の平らな面とが重ならないように、走査経路を定めることが重要である。なお、絶縁膜のパターン情報に加えて、アイランドのパターン情報をコンピュータの記憶手段に記憶させ、レーザー光の軌跡のエッジとアイランドまたはアイランドのチャネル形成領域とが重ならないように、走査経路を定めるようにしても良い。
【００５４】
なお、スリットを設けてレーザービームの幅を制御する場合、コンピューターでは入力された絶縁膜のパターン情報に基づき、走査方向に対して垂直方向における、絶縁膜の凹部または凸部の幅を把握する。そして、絶縁膜の凹部または凸部の幅を考慮して、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または凸部の平らな面とが重ならないように、走査方向に対して垂直方向におけるスリットの幅を設定する。
【００５５】
一方基板上に、設計したパターン情報に従って絶縁膜を形成し、次に、該絶縁膜上に半導体膜を成膜する。そして、半導体膜を成膜した後、基板をレーザー照射装置のステージに設置し、基板の位置合わせを行なう。図５ではＣＣＤカメラを用いてマーカーを検出し、基板の位置合わせを行う例を示している。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。
【００５６】
なお、ステージに設置された基板上の絶縁膜または半導体膜のパターン情報をＣＣＤカメラ等により検出し、コンピュータにおいてＣＡＤによって設計された絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラによって得られる、実際に基板上に形成された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、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【００５７】
そして、定められた走査経路にしたがってレーザー光を照射し、半導体膜を結晶化する。
【００５８】
次に、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により結晶性が高められた半導体膜をパターニングし、アイランドを形成する。以下、アイランドからＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【００５９】
次に、本発明において用いられるレーザー照射装置の構成について、図６を用いて説明する。１５１はレーザー発振装置である。図６では４つのレーザー発振装置を用いているが、レーザー照射装置が有するレーザー発振装置はこの数に限定されない。
【００６０】
なお、レーザー発振装置１５１は、チラー１５２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１５２は必ずしも設ける必要はないが、レーザー発振装置１５１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。
【００６１】
また１５４は光学系であり、レーザー発振装置１５１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６のレーザー照射装置では、光学系１５４によって、複数のレーザー発振装置１５１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。
【００６２】
なお、レーザー光の進行方向を極短時間で変化させるＡＯ変調器１５３を、被処理物である基板１５６とレーザー発振装置１５１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。
【００６３】
また、被処理物である基板１５６とレーザー発振装置１５１との間の光路に、レーザー発振装置１５１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）１６５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１６０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１６０からの出力を高めるようにしても良い。
【００６４】
合成されたレーザービームは、スリット１５５を介して被処理物である基板１５６に照射される。スリット１５５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１５５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。
【００６５】
なお、スリット１５５を介さない場合の、レーザー発振装置１５１から発振されるレーザー光の基板１５６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。
【００６６】
基板１５６はステージ１５７上に載置されている。図６では、位置制御手段１５８、１５９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１５７の位置が、位置制御手段１５８、１５９によって制御されている。
【００６７】
図６では、位置制御手段１５８がＸ方向におけるステージ１５７の位置の制御を行っており、位置制御手段１５９はＹ方向におけるステージ１５７の位置制御を行う。
【００６８】
また図６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１６０を有している。コンピューター１６０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１５８、１５９を制御し、基板を所定の位置に移動させることができる。
【００６９】
なお図６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。
【００７０】
さらに図６では、コンピューター１６０によって、該スリット１５５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。
【００７１】
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。
【００７２】
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１６０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。
【００７３】
またマーカーを用いた位置合わせのために、ＣＣＤカメラ１６３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。
【００７４】
なお、マーカーを設けずに、ＣＣＤカメラ１６３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１６０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１６３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。
【００７５】
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。
【００７６】
なお、図６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、レーザー発振装置は１台であってもよい。図７にレーザー発振装置が１台の、レーザー照射装置の構成を示す。図７において、２０１はレーザー発振装置、２０２はチラーである。また２１５はエネルギー密度測定装置、２０３はＡＯ変調器、２０４は光学系、２０５はスリット、２１３はＣＣＤカメラである。基板２０６はステージ２０７上に設置し、ステージ２０７の位置はＸ方向位置制御手段２０８、Ｙ方向位置制御手段２０９によって制御されている。そして図６に示したものと同様に、コンピューター２１０によって、レーザー照射装置が有する各手段の動作が制御されており、図６と異なるのはレーザー発振装置が１つであることである。また光学系２０４は図６の場合と異なり、１つのレーザー光を集光する機能を有していれば良い。
【００７７】
このように本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中央付近近傍をパターニングにより除去し、凹部または凸部のエッジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００７８】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査することで、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【００７９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００８０】
（実施例１）
本実施例では、凹凸を有する絶縁膜の形成の仕方について説明する。
【００８１】
まず、図８（Ａ）に示すように、基板２５０上に第１の絶縁膜２５１を成膜する。第１の絶縁膜２５１は本実施例では酸化窒化珪素を用いるがこれに限定されず、第２の絶縁膜とエッチングにおける選択比が大きい絶縁膜であれば良い。本実施例では第１の絶縁膜２５１をＣＶＤ装置でＳｉＨ4とＮ2Ｏを用いて５０〜２００nmの厚さになるように形成した。なお第１の絶縁膜は単層であっても、複数の絶縁膜を積層した構造であってもよい。
【００８２】
次に、図８（Ｂ）に示すように、第１の絶縁膜２５１に接するように第２の絶縁膜２５２を形成する。第２の絶縁膜２５２は後の工程においてパターニングし、凹凸を形成したときに、その後に成膜される半導体膜の表面に凹凸が現れる程度の膜厚にする必要がある。本実施例では第２の絶縁膜２５２として、プラズマＣＶＤ法を用いて３０ｎｍ〜３００ｎｍの酸化珪素を形成する。
【００８３】
次に、図８（Ｃ）に示すようにマスク２５３を形成し、第２の絶縁膜２５２をエッチングする。なお本実施例では、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％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）をエッチャントとし、２０℃においてウエットエッチングを行う。このエッチングにより、矩形状またはストライプ状の凸部２５４が形成される。本明細書では、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３とを合わせて１つの絶縁膜とみなす。
【００８４】
次に、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３を覆うように半導体膜を形成する。本実施例では凸部の厚さが３０ｎｍ〜３００ｎｍであるので、半導体膜の膜厚を５０〜２００ｎｍとするのが望ましく、ここでは６０ｎｍとする。なお、半導体膜と絶縁膜との間に不純物が混入すると、半導体膜の結晶性に悪影響を与え、作製するＴＦＴの特性ばらつきやしきい値電圧の変動を増大させる可能性があるため、絶縁膜と半導体膜とは連続して成膜するのが望ましい。そこで本実施例では、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３とからなる絶縁膜を形成した後は、酸化珪素膜２５５を薄く該絶縁膜上に成膜し、その後大気にさらさないように連続して半導体膜２５６を成膜する。酸化珪素膜の厚さは設計者が適宜設定することができるが、本実施例では５ｎｍ〜３０ｎｍ程度とした。
【００８５】
なお、第２の絶縁膜２５２をエッチングする際に、凸部をテーパー状にエッチングするようにしても良い。凸部をテーパー状にすることで、絶縁膜上に形成される半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極などが凸部のエッジにおいて膜切れするのを防ぐことができる。
【００８６】
次に、図８とは異なる絶縁膜の形成の仕方について説明する。まず図９（Ａ）に示すように基板２６０上に第１の絶縁膜２６１を形成する。第１の絶縁膜２６１は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで形成する。
【００８７】
酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Orthosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。
【００８８】
第１の絶縁膜は２０〜２００nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さに基板の全面に形成した後、図９（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーの技術を用いマスク２６２を形成する。そして、エッチングにより不要な部分を除去して、ストライプ状または矩形状の凸部２６３を形成する。第１の絶縁膜２６１に対してはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例えば、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％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングすると良い。
【００８９】
次いで、凸部２６３及び基板２６０を覆うように、第２の絶縁膜２６４を形成する。この層は第１の絶縁膜２６１と同様に酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで５０〜３００nm（好ましくは１００〜２００nm）の厚さに形成する。
【００９０】
上記作製工程によって、凸部２６３及び第２の絶縁膜２６４からなる絶縁膜が形成される。なお、第２の絶縁膜２６４を形成した後、大気に曝さないように連続して半導体膜を成膜するようにすることで、半導体膜と絶縁膜の間に大気中の不純物が混入するのを防ぐことができる。
【００９１】
（実施例２）
本実施例では、ストライプ状の絶縁膜上に形成された半導体膜を、レーザー光照射により結晶化した後、凹部の基板と平行な面上に、互いに分離されたアイランドを形成し、該アイランドを用いてＴＦＴを作製する例について説明する。
【００９２】
図１０（Ａ）に、本実施例のＴＦＴの構造を示す。図１０（Ａ）では、基板１５０上にストライプ状の凸部１５１を有する絶縁膜１５２が形成されている。そして、凸部１５１間の凹部の上面に、互いに分離された複数のアイランド１５３が形成されている。複数のアイランド１５３は、半導体膜の、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分を用いて形成されている。そして、アイランド１５３に接するようにゲート絶縁膜１５４が形成されている。なお、ゲート絶縁膜１５４は、図１０（Ａ）ではアイランドの不純物領域となる部分を露出するように形成されているが、アイランド１５３全体を覆うように形成されていても良い。
【００９３】
そして、ゲート絶縁膜１５４上に、複数の各アイランド１５３と重なるように複数のゲート電極１５５が形成されている。複数のゲート電極１５５は、回路構成によっては互いに接続されていても良い。
【００９４】
なお、図１０（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図が図１０（Ｂ）に相当し、図１０（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図が図１０（Ｃ）に相当する。図１０（Ｃ）に示すように、各ゲート電極１５５は、ゲート絶縁膜１５４を間に挟んでアイランド１５３のチャネル形成領域１５６と重なっている。チャネル形成領域１５６は同じくアイランド１５３に含まれる２つの不純物領域１５７に挟まれている。
【００９５】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【００９６】
本実施例は実施例１と組み合わせて実施することが可能である。
【００９７】
（実施例３）
本実施例では、絶縁膜の形状のバリエーションについて説明する。
【００９８】
図１１（Ａ）に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図１１（Ａ）では、基板１７０上に絶縁膜１７１が形成されており、該絶縁膜１７１は複数の凸部１７２を有している。各凸部１７２は上面から見た形状が矩形である。そして全ての凸部は、その矩形の長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【００９９】
また、各凸部１７２はレーザー光の走査方向における幅と、走査方向に対して垂直な方向における幅が、互いに全て同じになっているわけではない。所望のアイランドの形状に合わせて絶縁膜の形状を設計することが望ましい。
【０１００】
なお、本発明で用いる絶縁膜は、凸部の形状が完全に矩形またはストライプ形状である必要はなく、その一部が矩形またはストライプ形状を有していれば良い。図１１（Ｂ）に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図１１（Ｂ）では、基板１８０上に絶縁膜１８１が形成されており、該絶縁膜１８１は上面から見てスリット状の開口部を有する矩形状の凸部１８２が形成されている。凸部１８２は、そのスリットの長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【０１０１】
次に、図１１（Ｂ）に示したような、スリット状の開口部を有する絶縁膜を用いて形成された、ＴＦＴの構成の一例について説明する。
【０１０２】
図１２（Ａ）に本実施例のＴＦＴの上面図を示す。図１２（Ａ）に示すように、本実施例では内部にスリット状の開口部を有した矩形状の凸部７６０を有する絶縁膜を用いた。凸部７６０を覆うように半導体膜を成膜し、該スリット状の開口部の長軸方向に沿ってレーザー光を矢印に示す方向に走査し、該半導体膜を結晶化させる。そして、該半導体膜をパターニングし、凸部に囲まれた凹部の上面にチャネル形成領域が形成された、開口部を有するアイランド７６１を形成する。なお、アイランド７６１のチャネル形成領域は、凹部のエッジ間の中央付近近傍を避け、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、結晶性の優れている部分を用いるようにする。
【０１０３】
そして、該アイランド７６１に接するようにゲート絶縁膜７６２を形成する。なお、図１２（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図１２（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’における断面図を図１２（Ｃ）に、Ｃ−Ｃ’における断面図を図１２（Ｄ）に示す。
【０１０４】
そしてゲート絶縁膜７６２上に導電性を有する膜を成膜し、該導電膜をパターニングすることでゲート電極７６３が形成されている。なおゲート電極７６３は、ゲート絶縁膜７６２を間に挟んで、アイランド７６１のチャネル形成領域７６４と重なっており、チャネル形成領域７６４はアイランド７６１に含まれる２つの不純物領域７６５に挟まれている。
【０１０５】
そしてゲート電極７６３、アイランド７６１及びゲート絶縁膜７６２を覆うように、第１の層間絶縁膜７６６が形成されている。第１の層間絶縁膜７６６は無機絶縁膜からなり、アイランド７６１にアルカリ金属などのＴＦＴの特性に悪影響を与える物質が混入するのを防ぐ効果がある。
【０１０６】
そして、第１の層間絶縁膜７６６上に有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜７６７が形成されている。そして第２の層間絶縁膜７６７、第１の層間絶縁膜７６６及びゲート絶縁膜７６２は、エッチングにより開口部が形成されており、該開口部を介して２つの不純物領域７６５と、ゲート電極７６３とにそれぞれ接続された配線７６８、７６９が第２の層間絶縁膜７６７上に形成されている。
【０１０７】
本実施例においては、チャネル形成領域７６４が複数形成されており、かつ複数のチャネル形成領域が互いに分離しているので、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【０１０８】
なお本実施例では凹底部に形成されたチャネル形成領域を有するＴＦＴについて説明したが、凸上部に形成されたチャネル形成領域を用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【０１０９】
（実施例４）
本実施例では、本発明のレーザー結晶化法を用いた、アクティブマトリクス基板の作製方法について、図１３、図１４を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１１０】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板６００を用いる。なお、基板６００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【０１１１】
次いで、基板６００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る絶縁膜を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により、１００〜３００nmの厚さで形成する。
【０１１２】
次に、この絶縁膜に膜厚の厚い部分と薄い部分を形成するために、本実施例では写真蝕刻（フォトリソグラフィー）技術によりレジストのマスク６９３を形成し、エッチング処理を施す。エッチング量によって段差が決まるが、本実施例では概ね５０〜１００nmとする。例えば、１５０nm酸化窒化シリコン膜を７５nmエッチングするには、フッ酸を含む溶液を用いたウエットエッチングを用いても良いし、ＣＦ4を用いたドライエッチングなどを適用することができる。このよう、凸形状が形成された絶縁膜６０１を形成する。このときレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における凸領域の幅は、作製するＴＦＴの大きさを考慮して適宣決めれば良いが、結晶核の生成数を制御する目的においては２〜６μｍ程度の大きさ（直径若しくは対角線長さ）が好ましい（図１３（Ａ））。
【０１１３】
次いで、絶縁膜６０１上に、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜６９２を形成する（図１３（Ｂ））。なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜しているが、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜であっても良い。また、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を用いても良い。
【０１１４】
次に、非晶質半導体膜６９２をレーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー光の走査方向は、絶縁膜６０１におけるストライプ状の凸部の延長方向に平行になるようにする。なお、絶縁膜６０１における凸部が、基板上から見たとき矩形である場合は、該矩形の長辺方向または短辺方向と平行になるように、レーザー光の走査方向を定める。具体的には、レーザー照射装置のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、選択的にレーザー光を照射する。もちろん、レーザー結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。なお本実施例では、スリットを用いてレーザービームの幅を、絶縁膜の走査方向に対して垂直な方向における幅に合わせて変える例を示すが、本発明はこれに限定されず、スリットは必ずしも用いる必要はない。
【０１１５】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザー光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【０１１６】
なおレーザー照射は、パルス発振または連続発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ2Ｏ3レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。またスラブレーザーも用いることができる。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０１１７】
上述したレーザー結晶化によって、結晶性が高められた結晶質半導体膜６９４が形成される（図１３（Ｃ））。結晶質半導体膜は、エッジ間の中央付近近傍において、粒界６９５が形成されやすい。
【０１１８】
次に、結晶性が高められた結晶質半導体膜６９４を所望の形状にパターニングして、結晶化されたアイランド６０２〜６０６を形成する（図１３（Ｄ））。このとき、粒界６９５が形成されやすいエッジ間の中央付近近傍を除去することで、アイランド６０２〜６０６内における粒界の数を抑えることができる。
【０１１９】
また、アイランド６０２〜６０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１２０】
次いで、アイランド６０２〜６０６を用いてＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【０１２１】
図１４に、本実施例の半導体装置の断面図を示す。アイランド６０２〜６０６にはチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域を挟んで存在する第１の不純物領域と、前記第１の不純物領域とチャネル形成領域との間に形成された第２の不純物領域とを有している。第１の不純物領域における一導電型を付与する不純物の濃度は、第２の不純物領域におけるその濃度よりも高くなっている。そして、アイランド６０２〜６０６を覆ってゲート絶縁膜６０７が形成されており、前記ゲート絶縁膜６０７上には、前記チャネル形成領域と重なるようにゲート電極６０８〜６１３と、ソース信号線６１４が形成されている。さらに、ゲート電極６０８〜６１３と、ソース信号線６１４を覆うようにゲート絶縁膜６０７上に層間絶縁膜６１５が形成されている。
【０１２２】
そして駆動回路６８６において、層間絶縁膜６１５上には各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線６６３〜６６７が形成されている。また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、配線６６８を形成する。この配線６６８によりソース信号線６１４は、画素ＴＦＴ６８４と電気的に接続される。
【０１２３】
また図示してはいないが、ゲート配線６６９は、画素ＴＦＴ６８４のゲート電極６１１、６１２と電気的に接続されている。また、画素電極６７０は、画素ＴＦＴの第１不純物領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量６８５を形成する一方の電極として機能するアイランド６０６と電気的な接続が形成される。また本願では画素電極と配線とを同じ材料で形成しているが、画素電極６７０としてＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いても良い。
【０１２４】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。保持容量６８５は、ゲート絶縁膜６０７を誘電体として、電極６１３と、アイランド６０６とで形成されている。
【０１２５】
本実施例の画素は、遮蔽膜を用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース信号線と重なるように配置形成する。
【０１２６】
なお本実施例では液晶表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板の構成について説明したが、本実施例の作製工程を用いて発光装置を作製することもできる。発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。
【０１２７】
なお発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうしが互いに一部混合していても良い。
【０１２８】
なお、本発明は、サブミクロン単位の半導体素子にも応用することができる。また本実施例では凹底部において活性層を形成する例について示したが、凸上部において活性層を形成するようにしても良い。
【０１２９】
本実施例は、実施例１〜実施例３と組み合わせて実施することが可能である。
【０１３０】
（実施例５）
本実施例では、半導体膜の結晶化に際し、レーザー光の照射の工程と、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程とを組み合わせた例について説明する。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【０１３１】
まず、図１５（Ａ）に示すように基板５００上に、凸部５０２を有する絶縁膜５０１を形成する。そして該絶縁膜５０１上に半導体膜５０３を形成する。
【０１３２】
次に触媒元素を用いて半導体膜５０３を結晶化させる（図１５（Ｂ））。例えば特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を半導体膜５０３に塗布してニッケル含有層５０４を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い、結晶性が高められた半導体膜５０５を形成する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素を用いても良い。
【０１３３】
そして、レーザー光照射により、ＮｉＳＰＣにより結晶化された半導体膜５０５から、結晶性がさらに高められた半導体膜５０６が形成される。レーザー光照射により得られた半導体膜５０６は触媒元素を含んでおり、レーザー光照射後にその触媒元素を半導体膜５０６から除去する工程（ゲッタリング）を行う。ゲッタリングは特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いることができる。
【０１３４】
具体的には、レーザー照射後に得られる半導体膜５０６の一部にリンを添加した領域５０７を形成する。窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行う。すると半導体膜５０６のリンが添加された領域５０７が、ゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５０６中に存在する触媒元素を、リンが添加された５０７領域に偏析させることができる（図１５（Ｄ））。
【０１３５】
その後、半導体膜５０６のリンが添加された５０７領域をパターニングにより除去することで、触媒元素の濃度を１×１０17atoms/cm3以下好ましくは１×１０16atoms/cm3程度にまで低減されたアイランド５０８を得ることができる（図１５（Ｅ））。
【０１３６】
なお、結晶化前の半導体膜に触媒元素を含む溶液を塗布した後に、ＳＰＣではなく、レーザー光の照射により結晶成長を行うようにしても良い。
【０１３７】
本実施例は実施例１〜４と組み合わせて実施することが可能である。
【０１３８】
（実施例６）
本実施例では、複数のレーザービームを重ね合わせることで合成される、レーザービームの形状について説明する。
【０１３９】
図１６（Ａ）に、複数のレーザー発振装置からそれぞれ発振されるレーザー光の、スリットを介さない場合の被処理物におけるレーザービームの形状の一例を示す。図１６（Ａ）に示したレーザービームは楕円形状を有している。なお本発明において、レーザー発振装置から発振されるレーザー光のレーザービームの形状は、楕円に限定されない。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。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。
【０１４０】
図１６（Ｂ）に図１６（Ａ）に示したレーザービームの長軸Ｙ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１６（Ａ）に示すレーザービームは、図１６（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。レーザービーム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１６（Ａ）に示したレーザービームは、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。
【０１４１】
次に、図１６（Ａ）に示したレーザービームを有するレーザー光を合成したときの、レーザービームの形状を、図１６（Ｃ）に示す。なお図１６（Ｃ）では４つのレーザー光のレーザービームを重ね合わせることで１つの線状のレーザービーム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ビームの数はこれに限定されない。
【０１４２】
図１６（Ｃ）に示すように、各レーザー光のレーザービームは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザービームの一部が重なることで合成され、１つのレーザービーム３６０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３６０の中心軸とする。
【０１４３】
図１６（Ｄ）に、図１６（Ｄ）に示した合成後のレーザービームの、中心軸ｙ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。なお、図１６（Ｃ）に示すレーザービームは、図１６（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ビーム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ビームのエネルギー密度Ｅ１とＥ２を加算すると、ビームのエネルギー密度のピーク値Ｅ３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。
【０１４４】
なお、Ｅ１とＥ２を加算するとＥ３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。Ｅ１とＥ２を加算した値とＥ３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。
【０１４５】
レーザービームを単独で用いると、エネルギー密度の分布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またはアイランドとなる部分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１６（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、エネルギー密度が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。
【０１４６】
なお、計算によって求めた図１６（Ｃ）のＢ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度の分布を、図１７に示す。なお、図１７は、合成前のレーザービームの、ピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域を基準としている。合成前のレーザービームの短軸方向の長さを３７μm、長軸方向の長さを４１０μmとし、中心間の距離を１９２μmとしたときの、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度は、それぞれ図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すような分布を有している。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、合成前のレーザービームのピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域における、合成されたレーザービームの形状は、線状と言い表すことができる。
【０１４７】
図１８（Ａ）は、合成されたレーザービームのエネルギー分布を示す図である。３６１で示した領域はエネルギー密度が均一な領域であり、３６２で示した領域はエネルギー密度が低い領域である。図１８において、レーザービームの中心軸方向の長さをＷTBWとし、エネルギー密度が均一な領域３６１における中心軸方向の長さをＷmaxとする。ＷTBWがＷmaxに比べて大きくなればなるほど、結晶化に用いることができるエネルギー密度が均一な領域３６１に対する、半導体膜の結晶化に用いることができないエネルギー密度が均一ではない領域３６２の割合が大きくなる。エネルギー密度が均一ではない領域３６２のみが照射された半導体膜は、微結晶が生成し結晶性が芳しくない。よって半導体膜のアイランドとなる領域と、領域３６２のみを重ねないように、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトを定める必要が生じ、領域３６１に対する領域３６２の比率が高くなるとその制約はさらに大きくなる。よってスリットを用いて、エネルギー密度が均一ではない領域３６２のみが絶縁膜の凹部または凸部上に形成された半導体膜に照射されるのを防ぐことは、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトの際に生じる制約を小さくするのに有効である。
【０１４８】
本実施例は実施例１〜５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１４９】
（実施例７）
本実施例では、本発明に用いられるレーザー照射装置の光学系と、各光学系とスリットとの位置関係について説明する。
【０１５０】
図１９は、レーザービームを４つ合成して１つのレーザービームにする場合の光学系を示している。図１９に示す光学系は、６つのシリンドリカルレンズ４１７〜４２２を有している。矢印の方向から入射した４つのレーザー光は、４つのシリンドリカルレンズ４１９〜４２２のそれぞれに入射する。そしてシリンドリカルレンズ４１９、４２１において成形された２つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１７において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット４２４を通って被処理物４２３に照射される。一方シリンドリカルレンズ４２０、４２２において成形された２つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１８において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット４２４を通って被処理物４２３に照射される。
【０１５１】
被処理物４２３における各レーザー光のレーザービームは、互いに一部重なることで合成されて１つのレーザービームを形成している。
【０１５２】
各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能であるが、被処理物４２３に最も近いシリンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離は、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距離よりも小さくする。例えば、被処理物４２３に最も近いシリンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４１７、４１８から被処理物４２３へのレーザー光の入射角は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２からシリンドリカルレンズ４１７、４１８へのレーザー光の入射角を１０°とするように各レンズを設置する。なお、戻り光を防ぎ、また均一な照射を行なうために、レーザー光の基板への入射角度を０°より大きく、望ましくは５〜３０°に保つのが望ましい。
【０１５３】
図１９では、４つのレーザービームを合成する例について示しており、この場合４つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４つと、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシリンドリカルレンズとを有している。合成するレーザービームの数はこれに限定されず、合成するレーザービームの数は２以上８以下であれば良い。ｎ（ｎ＝２、４、６、８）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応するｎ／２のシリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝３、５、７）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応する（ｎ＋１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。
【０１５４】
そして、レーザービームを５つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮すると、５つ目以降のレーザー光は基板の反対側から照射するのが望ましく、その場合スリットを基板の反対側にも設ける必要がある。また、基板は透過性を有していることが必要である。
【０１５５】
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入射角は、０より大きく９０°より小さくなるように保つようにするのが望ましい。
【０１５６】
また、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したもの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。上記のθに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。
【０１５７】
なお本発明に用いられるレーザー照射装置が有する光学系は、本実施
例で示した構成に限定されない。
【０１５８】
本実施例は実施例１〜６と組み合わせて実施することが可能である。
【０１５９】
（実施例８）
楕円形状のレーザービームを有するレーザー光は、走査方向と垂直な方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、エネルギー密度の低い領域の全体に占める割合が、矩形または線形のレーザービームを有するレーザー光に比べて高い。そのため本発明では、レーザー光のレーザービームが、エネルギー密度の分布が比較的均一な矩形または線形であることが望ましい。
【０１６０】
矩形または線形のレーザービームを得られるガスレーザーとして代表的なのはエキシマレーザーであり、固体レーザーとして代表的なのはスラブレーザーである。本実施例では、スラブレーザーについて説明する。
【０１６１】
図２０（Ａ）にスラブ型のレーザー発振装置の構成を一例として示す。図２０（Ａ）に示すスラブ型のレーザー発振装置は、ロッド７５００と、反射ミラー７５０１と、出射ミラー７５０２と、シリンドリカルレンズ７５０３を有している。
【０１６２】
ロッド７５００に励起光を照射すると、ロッド７５００内のジグザグの光路をたどって、反射ミラー７５０１または出射ミラー７５０２側にレーザー光が出射する。反射ミラー７５０１側に出射したレーザー光は、反射されて再びロッド７５００内に入射し、出射ミラー７５０２側に出射する。ロッド７５００は板状のスラブ媒質を用いたスラブ式であり、出射段階で比較的長い矩形または線形のレーザービームを形成することができる。そして、出射したレーザー光はシリンドリカルレンズ７５０３においそのレーザービームの形状がより細くなるよう加工され、レーザー発振装置から出射される。
【０１６３】
次に、スラブ型のレーザー発振装置の、図２０（Ａ）に示したものとは異なる構成を、図２０（Ｂ）に示す。図２０（Ｂ）では、図２０（Ａ）に示したレーザー発振装置に、シリンドリカルレンズ７５０４を追加したものであり、シリンドリカルレンズ７５０４によって、レーザービームの長さを制御することができる。
【０１６４】
なおコヒーレント長が１０ｃｍ以上、好ましくは１ｍ以上であると、レーザービームをより細くすることができる。
【０１６５】
また、ロッド７５００の温度が過剰に上昇するのを防ぐために、例えば冷却水を循環させるなど、温度の制御をする手段を設けるようにしても良い。
【０１６６】
図２０（Ｃ）に、シリンドリカルレンズの形状の、一実施例を示す。７５０９は本実施例のシリンドリカルレンズであり、ホルダー７５１０により固定されている。そしてシリンドリカルレンズ７５０９は、円柱面と矩形の平面とが互いに向き合った形状を有しており、円柱面の２本の母線と、向かい合った矩形の２本の辺とが互いに全て平行である。そして、円柱面の２つの母線と、平行な該２つの辺とでそれぞれ形成される２つの面は、該矩形の平面と０より大きく９０°よりも小さい角度で交わっている。このように平行な該２つの辺とでそれぞれ形成される２つの面は、該矩形の平面と９０°未満の角度で交わることで、９０°以上のときと比べて焦点距離を短くすることができ、よりレーザービームの形状を細くし、線形に近づけることができる。
【０１６７】
本実施例は、実施例１〜７と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６８】
（実施例９）
本実施例では、レーザービームを重ね合わせたときの、各レーザービームの中心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。
【０１６９】
図２１に、各レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレーザービームのエネルギー密度の分布を破線で示す。レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従っている。
【０１７０】
合成前のレーザービームにおいて、ピーク値の１／ｅ2以上のエネルギー密度を満たしている中心軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸとする。また、合成されたビームスポットにおいて、合成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸとＹの関係を、図２２に示す。なお図２２では、Ｙを百分率で表した。
【０１７１】
図２２において、エネルギー差Ｙは以下の式１の近似式で表される。
【０１７２】
【式１】
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ2（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
【０１７３】
式１に従えば、例えばエネルギー差を５％程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４となるようにすれば良いということがわかる。Ｙ＝０となるのが理想的だが、それではビームスポットの長さが短くなるので、スループットとのバランスでＸを決定すると良い。
【０１７４】
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図２３に、レーザービームが楕円形状を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ4レーザーの出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲であり、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザー光の出力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。
【０１７５】
合成後のビームスポットの出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図２３の場合は、エネルギー差Ｙが±２６．３％となり、上記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶性が得られることがわかる。
【０１７６】
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もレーザービームの形状によって変わってくるので、エネルギー差Ｙの許容範囲は必ずしも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザーの出力エネルギーの分布からエネルギー差Ｙの許容範囲を設定する必要がある。
【０１７７】
本実施例は、実施例１〜８と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７８】
（実施例１０）
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例１〜９に基づいて作製される表示パネルの形態を図２４と図２５を用いて説明する。
【０１７９】
図２４は基板９０１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９０４が備えられている。シールドパターン９０５は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出力端子部９０８とを接続する配線又は配線群９０４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。入出力端子部９０８には、ＦＰＣ９０３が固着されている。
【０１８０】
本発明は、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を構成する能動素子に用いることができる。
【０１８１】
図２５は図２４で示す画素部９０２の一画素の構成を示す一例であり、ＴＦＴ８０１〜８０３が備えられている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動用のＴＦＴである。
【０１８２】
これらのＴＦＴの活性層８１２〜８１４は、その下層に形成されている絶縁膜の凹部８１０、８１１のエッジと、エッジ間の中央付近との間に配置されている。活性層８１２〜８１４の上層には、ゲート配線８１５〜８１７が形成され、パッシベーション膜及び平坦化膜を介してデータ線８１９、電源線８２０、その他各種配線８２１、８２２、及び画素電極８２３が形成されている。
【０１８３】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【０１８４】
本実施例は、実施例１〜実施例９と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１８５】
（実施例１１）
本発明を用いて作製されるＴＦＴを搭載した半導体装置は、様々な電子機器への適用が可能である。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、携帯電話等)、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、投影型表示装置等が挙げられる。それら電子機器の具体例を図２６に示す。
【０１８６】
図２６（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２００３に用いることで、本発明の表示装置が完成する。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０１８７】
図２６（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２１０２に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが完成する。
【０１８８】
図２６（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２２０３に用いることで、本発明のノート型パーソナルコンピュータが完成する。
【０１８９】
図２６（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２３０２に用いることで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１９０】
図２６（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明の半導体装置を表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることで、本発明の画像再生装置が完成する。
【０１９１】
図２６（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置を表示部２５０２に用いることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０１９２】
図２６（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置を表示部２６０２に用いることで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１９３】
ここで図２６（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。本発明の半導体装置を表示部２７０３に用いることで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１９４】
以上の様に、本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用いることが可能である。また、本実施例は実施例１〜１０に示したいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能である。
【０１９５】
（実施例１２）
本実施例では、本発明の半導体装置の構成について説明する。図２７に本実施例の半導体装置の断面図を示す。
【０１９６】
基板７００上に凸部７０１ａ、７０１ｂを有する第１の絶縁膜７０１が形成されている。そして、第１の絶縁膜７０１上に第１のＴＦＴ７０２が形成されている。なお、第１のＴＦＴ７０２のアイランドは、凸部７０１ａと７０１ｂとで形成される凹部のエッジと、該エッジ間の中央付近近傍との間における第１の絶縁膜７０１上に形成されている。
【０１９７】
第１のＴＦＴ７０２を覆うように第１の層間絶縁膜７０３が形成されており、第１の層間絶縁膜７０３上に、第１の接続配線７０５と、第１のＴＦＴ７０２に電気的に接続されている配線７０４とが形成されている。
【０１９８】
そして、配線７０４、第１の接続配線７０５を覆うように、第２の層間絶縁膜７０６が形成されている。第２の層間絶縁膜７０６は無機の絶縁膜で形成されており、その上面は化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）を用いて研磨しておくと、後に形成される第２の絶縁膜がより平坦化され、第２の絶縁膜上に形成される半導体膜をレーザー光により結晶化するときに、その結晶性をより高めることができる。
【０１９９】
そして第２の層間絶縁膜７０６上に第２の絶縁膜７０７が形成されている。第２の絶縁膜７０７は凸部７０７ａを有している。そして、第２の絶縁膜７０７上に第２のＴＦＴ７０８が形成されている。なお、第２のＴＦＴ７０８のアイランドは、凸部７０７ａで形成される凹部のエッジと、該エッジと他方のエッジ（図示せず）間の中央付近近傍との間における第２の絶縁膜７０７上に形成されている。
【０２００】
第２のＴＦＴ７０８を覆うように第３の層間絶縁膜７０９が形成されており、第３の層間絶縁膜７０９上に、第２の接続配線７１１と、第２のＴＦＴ７０８に電気的に接続されている配線７１０とが形成されている。なお、第１の接続配線７０５と第２の接続配線７１１との間にはダマシンプロセス等によって埋め込み配線（プラグ）７１２が形成されている。
【０２０１】
そして、配線７１０、第２の接続配線７１１を覆うように、第４の層間絶縁膜７１３が形成されている。
【０２０２】
本実施例では、第１のＴＦＴ７０２と第２のＴＦＴ７０８とを、層間絶縁膜を介して重ね合わせることができる、所謂スタック構造を有している。本実施例のスタック構造を有するＴＦＴを用い、ＬＳＩを用いたＣＰＵ、各種ロジック回路の記憶素子（例えばＳＲＡＭ）、カウンタ回路、分周回路ロジック等を形成することができる。
【０２０３】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【０２０４】
本実施例は、実施例１〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２０５】
（実施例１３）
本実施例では、楕円形のレーザービームを複数合成して形成された線状のレーザービームにおける、エネルギー密度の分布について説明する。
【０２０６】
図２８に、長径が４００μm、短径が４０μmの楕円形のレーザービームを２つ重ね合わせたときの、１/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.255ｍｍである。
【０２０７】
また、図２９に、長径が４００μm、短径が４０μmの楕円形のレーザービームを４つ重ね合わせたときの、１/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.255ｍｍである。
【０２０８】
また、図３０に、長径が４００μm、短径が４０μmの楕円形のレーザービームを４つ重ね合わせたときの、１/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.215ｍｍである。
【０２０９】
楕円形状のレーザービームでは中心線方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っている。一方、複数の楕円形のレーザービームを重ね合わせることで形成されるレーザービームは、図２８、図２９、図３０に示したように、中心線方向におけるエネルギー密度の分布が一定の高さ以上において波形を有しており、楕円形状のレーザービームと異なり中心線方向におけるエネルギー密度が比較的均一で、線状になっているといえる。
【０２１０】
このような線状のエネルギー分布を有するレーザービームを、本発明に適用することで、均一な結晶性を有するアイランドを形成することができる。
【０２１１】
本実施例は、実施例１〜実施例１２と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２１２】
（実施例１４）
本実施例では、連続発振のレーザー光の照射により、半導体膜中に取り込まれる酸素、窒素、炭素、ボロンの濃度について説明する。
【０２１３】
まず酸化窒化珪素からなる絶縁膜上に非晶質珪素膜を１５００Åの膜厚になるように成膜し、該非晶質珪素膜に酢酸ニッケル塩溶液を塗布して５００〜６５０℃で加熱する。その後、連続発振のレーザー光を用いて結晶化させ、結晶質珪素膜（poly-Si）を成膜する。なお、レーザー光の照射はクリーンルーム内の大気雰囲気下で行った。なお、該結晶質珪素膜の表面には、自然と薄い酸化膜（自然酸化膜）が形成される。そして該結晶質珪素膜及び薄い自然酸化膜を覆って非晶質珪素膜を成膜する。
【０２１４】
この状態で、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）にて測定した、酸素、窒素、炭素、ボロンの各原子濃度のプロファイルを図３１〜図３４に示す。
【０２１５】
図３１にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の酸素濃度のプロファイルを示す。縦軸は酸素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の酸素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の酸素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の酸素の濃度は、２×１０19atoms/cm3以下である。図３１に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の酸素濃度が高まったことがわかる。
【０２１６】
図３２にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の窒素濃度のプロファイルを示す。縦軸は窒素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の窒素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の窒素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の窒素の濃度は、１×１０19atoms/cm3以下である。図３２に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の窒素濃度が高まったことがわかる。
【０２１７】
図３３にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の炭素濃度のプロファイルを示す。縦軸は炭素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の炭素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の炭素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の炭素の濃度は、５×１０18atoms/cm3以下である。図３３に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の炭素濃度が高まったことがわかる。
【０２１８】
図３４にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中のボロン濃度のプロファイルを示す。縦軸はボロンの原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合のボロン濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合のボロン濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。図３４からは、レーザー光の照射により、珪素膜中のボロン濃度が弱冠高まっているようにも見えるが、いずれにしろレーザー照射前も照射後も、ＳＩＭＳで測定される最低濃度以下であり、ごく微量である。
【０２１９】
（実施例１５）
本実施例では、絶縁膜の形状と、その上に形成される半導体膜の膜厚との関係について説明する。
【０２２０】
図３５（Ａ）に、凸部９５０ａを有する絶縁膜９５０と、その上に形成された半導体膜９５１が示されている。なお半導体膜９５１はレーザー光により結晶化された後の状態を示している。
【０２２１】
図３５（Ａ）に示すように、凸部９５０ａの上に位置する半導体膜９５１の膜厚Ｈｔは、凸部９５０ａ間の凹部上に位置する半導体膜９５１の膜厚Ｈｂに比べて薄くなっている。これは、レーザー光の照射により一次的に溶解した半導体膜が凹部に移動するからだと考えられる。そのため、レーザー光の照射後は、半導体膜９５１の表面もある程度平坦化されるのではないかと考えられる。
【０２２２】
図３５（Ｂ）に凸部９６０ａを有する絶縁膜９６０と、その上に形成された表面が平らな半導体膜９６１が示されている。図３５（Ａ）では半導体膜９５１の表面にも凹凸が形成されているが、図３５（Ｂ）では凹凸がレーザー光の照射により平坦化されてしまっている。
【０２２３】
図３５（Ｃ）に、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、凸部の幅Ｗｔが凹部の幅Ｗｂよりも広くなっている絶縁膜の断面図を示す。凸部上に位置する半導体膜の結晶性の優れている部分をＴＦＴの活性層として用いる場合、図３５（Ｃ）に示すように、凸部の幅Ｗｔが凹部の幅Ｗｂよりも広くなっている方が、アイランドのレイアウトの制約がより少なくなるので好ましい。
【０２２４】
本実施例は、実施例１〜実施例１４と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２２５】
【発明の効果】
本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中央付近近傍をパターニングにより除去し、凹部または凸部のエッジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【０２２６】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０２２７】
また、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、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【０２２８】
なお、絶縁膜に凹凸を形成するのではなく、エッチングにより基板自体に凹凸を設けることで、その上に形成される半導体膜の粒界の位置を制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザー光を照射した時の、半導体膜における結晶成長の方向を示す図。
【図２】 半導体膜にレーザー光を照射している様子を示す図
【図３】 結晶化された半導体膜をパターニングすることで形成されたアイランドの図。
【図４】 図３に示したアイランドを用いて形成されたＴＦＴの構造を示す図。
【図５】 本発明の生産システムのフローチャートを示す図。
【図６】 レーザー照射装置の図。
【図７】 レーザー照射装置の図。
【図８】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図９】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図１０】 互いに分離するアイランドを用いて形成されるＴＦＴの図。
【図１１】 凹凸を有する絶縁膜の形状を示す図。
【図１２】 図１１（Ｂ）に示した絶縁膜を用いて形成されたＴＦＴの上面図及び断面図。
【図１３】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１５】 触媒金属を用いた半導体膜の結晶化の方法を示す図。
【図１６】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図１７】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図１８】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図１９】 光学系の図。
【図２０】 光学系の図。
【図２１】 重ね合わせたレーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。
【図２２】 レーザービームの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図２３】 レーザービームの中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。
【図２４】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の構造を示す図。
【図２５】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の画素の構造を示す図。
【図２６】 本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。
【図２７】 スタック構造を有するＴＦＴの断面図。
【図２８】 ２つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図２９】 ４つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図３０】 ４つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図３１】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の酸素濃度のプロファイル。
【図３２】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の窒素濃度のプロファイル。
【図３３】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の炭素濃度のプロファイル。
【図３４】 レーザー光で結晶化された珪素膜中のボロン濃度のプロファイル。
【図３５】 凹凸を有する絶縁膜と、その上に形成された半導体膜の断面図。
【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を用いて構成される半導体装置に係り、特に、絶縁表面上に結晶成長させた結晶質半導体膜を活性層として有する薄膜トランジスタを用いた半導体装置に関する。さらにレーザー光を用いた半導体装置の生産システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴ（ポリシリコンＴＦＴ）は、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【０００３】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合において、半導体膜の結晶化にレーザーアニールを用いることは、ガラス基板の熱変形を避けるのに非常に有効である。
【０００４】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００５】
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００６】
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、レーザービームの大きさを数ｃｍ2以上として量産性を上げることができる。特に、レーザービームの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつつあった。
【０００７】
しかし近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに脚光を浴び始めている。
【０００８】
なお絶縁表面上に単結晶半導体膜を形成する試みは古くから成され、より積極的な試みとしてグラフォエピタキシー（graphoepitaxy）という技術が考案されている。グラフォエピタキシーは石英基板の表面に段差を形成し、この上に非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜を形成してから、レーザービームやヒーターで加熱させ、石英基板上に形成された段差形状を核として、エピタキシャル的な成長層を形成するという技術である。この技術は例えば非特許文献１等に開示されている。
【０００９】
【非特許文献１】
J. Vac. Sci. Technol.,"Grapho-epitaxy of silicon on fused silica using surface micropatterns and laser crystallization", 16(6),1979,pp1640-1643.
【００１０】
また、例えば非特許文献２にも、グラフォーエピタキシーと呼ばれる半導体膜の結晶化技術について開示されている。これは人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。上記非特許文献２には、グラフォーエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。
【００１１】
【非特許文献２】
M. W. Geis, et al.,"CRYSTALLINE SILICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY" Technical Digest of International Electron Devices Meeting, 1979, pp.210.
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
パルス発振と連続発振とに大別されるレーザーアニール法を用いて作製される結晶質半導体膜は、一般的に複数の結晶粒が集合して形成される。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶質半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶質半導体膜を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の界面（粒界）が存在することがある。
【００１３】
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性が低下することが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチャネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、また粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のＴＦＴにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
【００１４】
半導体膜にレーザー光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、以下の理由による。レーザー光の照射によって完全溶融した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核からそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさは、ランダムなものとなる。
【００１５】
よって、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、粒界の影響を排除して単一の結晶粒で形成することが理想的であるが、粒界の存在しない結晶質珪素膜をレーザーアニール法で形成するのは殆ど不可能であった。そのためレーザーアニール法を用いて結晶化された結晶質珪素膜を活性層とするＴＦＴで、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは、今日まで得られていない。
【００１６】
本発明は上述した問題に鑑み、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぎ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができるレーザー結晶化法を用いた、半導体装置の生産システムの提供を課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、凹凸を有する絶縁膜上に半導体膜を形成し、該半導体膜にレーザー光を照射すると、絶縁膜の凹部の凹底部または凸部の凸上部のエッジ近傍において結晶核が生成し、該結晶核から該絶縁膜と平行な方向に向かって結晶成長が進むことを見出した。なお凹部は、凸部が形成されていない窪んだ領域を指す。
【００１８】
図１を用いてこのメカニズムについて説明する。図１（Ａ）に、凸部１０ａを有する絶縁膜１０上に半導体膜１１が形成されている様子を示す。レーザー光の照射により半導体膜１１が溶融した後、該半導体膜１１内の熱が絶縁膜１０に放熱される。このとき、絶縁膜と接している面積がより大きい部分において効率的に放熱が行われる。例えば図１（Ａ）では、半導体膜１１と絶縁膜１０との接している面が平坦な部分１２、１３よりも、接している面どうしが交わっている部分１４、１５の方が絶縁膜への放熱が効率的であり、結晶核がより早く形成される。また、絶縁膜の熱容量が大きい部分の方が、より効率的に放熱が行われる。例えば、凹部のエッジ近傍１４の方が凸部のエッジ近傍１５よりも、一定の範囲内における絶縁膜の体積が大きいため熱容量が大きいので、逃げた熱がこもりにくく、効率的に放熱が行われる。よって、凹部のエッジ近傍１４の方が凸部のエッジ近傍１５よりも結晶核が早く出来やすい。
【００１９】
そして時間の経過と共に、凹部のエッジ近傍１４において生成された結晶核から、絶縁膜と平行な方向に向かって結晶成長が進む。図１（Ｂ）を用いて、半導体膜の結晶の成長方向について説明する。図１（Ｂ）に２つの凸部１０ａ、１０ｂを有する絶縁膜１０上に半導体膜１１が形成されている様子を示す。半導体膜１１において、凹部のエッジ近傍１４から結晶成長が矢印に示した方向に向かって進む。そして隣り合う凹部のエッジ近傍１４から進んだ結晶成長は、互いにその中間付近でぶつかり合い、粒界１６を形成して結晶成長が止まる。
【００２０】
このように、凸部を設けた絶縁膜をレーザー光の照射により結晶化すると、粒界の形成される位置をある程度制御することが可能になる。よって、絶縁膜の形状を設計した段階で、半導体膜の粒界の形成される位置をある程度予測することができる。つまり本発明では粒界が形成される位置を選択的に定めることができるので、活性層、より望ましくはチャネル形成領域に粒界がなるべく含まれないように、活性層をレイアウトすることが可能になる。
【００２１】
具体的に絶縁膜には、ストライプ状（縞状）または矩形の凹凸を設ける。そして、該絶縁膜上に形成された半導体膜に対し、絶縁膜のストライプの凹凸に沿って、または矩形の長軸か短軸の方向に沿って、連続発振のレーザー光を照射する。なおこのとき、連続発振のレーザー光を用いるのが最も好ましいが、パルス発振のレーザー光を用いても良い。なおレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における凸部の断面は、矩形、三角形または台形であっても良い。
【００２２】
そして半導体膜の隣り合う凸部のエッジ間の中央付近と、凹部のエッジ間の中央付近は、成長した結晶がぶつかり合うことで形成される粒界が存在している。よって本発明では、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分１７を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。または凸部のエッジ近傍と、凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分１８を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。結晶性が優れている部分１７、１８は、必ずしも粒界を含まないわけではないが、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。
【００２３】
本発明では、結晶性が優れている部分１７、１８を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００２４】
なお、レーザー光のレーザービームのエッジの近傍は、中央付近に比べて一般的にエネルギー密度が低く、半導体膜の結晶性も劣る場合が多い。そのためレーザー光を走査する際に、後にＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、その軌跡のエッジとが重ならないようにするのが望ましい。
【００２５】
そこで本発明の生産システムでは、まず設計の段階で得られた、基板上面から見た絶縁膜または半導体膜の形状のデータ（パターン情報）を記憶手段に記憶する。そしてそのパターン情報と、レーザー光のレーザービームの走査方向と垂直な方向における幅とから、少なくともＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、レーザー光の軌跡のエッジとが重ならないように、レーザー光の走査経路を決定する。そして、マーカーを基準として基板の位置を合わせ、決定された走査経路にしたがってレーザー光を基板上の半導体膜に対して照射する。
【００２６】
上記構成により、基板全体にレーザー光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分にのみレーザー光を走査するようにすることができる。よって、不必要な部分にレーザー光を照射するための時間を省くことができ、よって、レーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。また不必要な部分にレーザー光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことができる。
【００２７】
なお、マーカーは、基板を直接レーザー光等によりエッチングすることで形成しても良いし、凹凸を有する絶縁膜を形成する際に、同時に絶縁膜の一部にマーカーを形成するようにしても良い。また、実際に形成された絶縁膜または半導体膜の形状をＣＣＤ等の撮像素子を用いて読み取り、データとして第１の記憶手段に記憶し、第２の記憶手段に設計の段階で得られた絶縁膜または半導体膜のパターン情報を記憶し、第１の記憶手段に記憶されているデータと、第２の記憶手段に記憶されているパターン情報とを照合することで、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【００２８】
絶縁膜の一部にマーカーを形成したり、絶縁膜の形状をマーカーとして用いることで、マーカー用のマスクを１枚減らすことができ、なおかつ基板にレーザー光で形成するよりもよりも、正確な位置にマーカーを形成することができ、位置合わせの精度を向上させることができる。
【００２９】
なお、レーザー光のエネルギー密度は、一般的には完全に均一ではなく、レーザービーム内の位置によりその高さが変わる。本発明では、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に、一定のエネルギー密度のレーザー光を照射することが必要である。よって本発明では、レーザー光の走査により、均一なエネルギー密度を有する領域が、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体と完全に重なるような、エネルギー密度の分布を有するレーザービームを用いることが必要である。上記エネルギー密度の条件を満たすためには、レーザービームの形状を、矩形または線形等にすることが望ましいと考えられる。
【００３０】
さらにスリットを介し、レーザービームのうちエネルギー密度の低い部分を遮蔽するようにしても良い。スリットを用いることで、比較的均一なエネルギー密度のレーザー光を凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設けることで、絶縁膜または半導体膜のパターン情報によって部分的にレーザービームの幅を変えることができ、チャネル形成領域、さらにはＴＦＴの活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。なおレーザービームの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるレーザービームの長さを意味する。
【００３１】
また複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで得られた１つのレーザービームを、レーザー結晶化に用いても良い。上記構成により、各レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い合うことができる。
【００３２】
凹凸を有する絶縁膜は、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅よりも広い方が、ＴＦＴの活性層として用いる半導体膜のレイアウトにおける制約が小さくなるので望ましい。具体的には、絶縁膜の凹凸の長手方向と垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅の３倍以上であるのが望ましい。
【００３３】
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように（例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザー光の照射を行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含まれるボロン等が、レーザー光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐことができる。
【００３４】
なお、従来のグラフォーエピタキシー（graphoepitaxy）と呼ばれる半導体膜の結晶化技術は、人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。このグラフォーエピタキシーに関する技術は、上記非特許文献２等に記載されている。上記論文等には、グラフォーエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。しかし、エピタキシャル成長に必要な温度は、少なくとも７００℃程度は必要であり、ガラス基板上においてエピタキシャル成長を行おうとすると、絶縁膜の凹部または凸部のエッジ近傍において半導体膜に粒界が形成されてしまう。本発明では、アイランドのマスクをレイアウトして、該アイランドとなる部分における結晶性を高められるように、絶縁膜の凹部または凸部の形状及びエッジの位置を、アイランドのレイアウトに合わせて設計する。具体的には凹部または凸部のエッジ及び凹部または凸部のエッジ間の中央付近と、アイランドとが重ならないように、凹部または凸部の形状、サイズ等を定める。そしてアイランドのレイアウトに合わせて設計された絶縁膜を用い、意図的に粒界の位置を選択的に定める。そして該半導体膜の選択的に形成された粒界の存在する部分をパターニングにより除去し、結晶性の比較的優れている部分をアイランドとして用いる。よって本発明において開示する技術は、従来のグラフォーエピタキシーと、段差を設けた絶縁膜上に半導体膜を形成し、該段差を用いて半導体膜を結晶化させる点では一致しているが、従来のグラフォーエピタキシーには段差を用いて粒界の位置を制御し、アイランド内の粒界を少なくするという概念は含まれておらず、本発明とは似て非なるものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、図２を用いて、本発明で用いられるレーザー光の照射方法について説明する。
【００３６】
まず、図２（Ａ）に示すように基板１００上に絶縁膜１０１を形成する。絶縁膜１０１はストライプ状の凸部１０１ａを含んでいる。なおこの凹凸の形成の仕方については、後段において詳しく説明する。絶縁膜１０１は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等を用いることができる。なお、アルカリ金属などの不純物が後に形成される半導体膜内に取り込まれるのを防ぐことができ、後の処理温度に耐え得る絶縁性を有する膜で、なおかつ凹凸を形成することができるのであれば、これらの他の絶縁膜を用いても良い。また２つ以上の膜の積層構造であってもよい。
【００３７】
このとき、絶縁膜１０１と同時に、絶縁膜の一部を利用してマーカーを形成するようにしても良い。
【００３８】
基板１００は、後の工程の処理温度に耐えうる材質であれば良く、例えば石英基板、シリコン基板、バリウムホウケイ酸ガラスまたはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いることができる。また、処理温度に耐えうる程度に耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００３９】
次に、絶縁膜１０１を覆うように、半導体膜１０２を形成しする。半導体膜１０２は、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により成膜することができる。なお、半導体膜は非晶質半導体膜であっても良いし、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜であっても良い。また珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。
【００４０】
このとき、絶縁膜１０１の凹凸に沿って、半導体膜１０２にも凹凸が現れる。なお、絶縁膜１０１の凸部１０１ａのサイズについては設計者が適宜設定することができるが、後に形成される半導体膜が凸部のエッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定する必要がある。また凹部において活性層をレイアウトする場合、凹部の幅は凸部の幅よりも広くすることで、活性層のレイアウトの制約を小さくすることができる。凸部において活性層をレイアウトする場合、凸部の幅は凹部の幅よりも広くすることで、活性層のレイアウトの制約を小さくすることができる。本実施の形態では、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、例えば凹部の平坦な部分の幅を凸部の平坦な部分の幅の２倍以上にし、また凸部の幅を３００〜３０００ｎｍとした。さらに凸部の高さを３０〜３００ｎｍとした。
【００４１】
次に、図２（Ａ）に示すように、半導体膜１０２にレーザー光を照射し、結晶性が高められた半導体膜（ＬＣ後）１０３を形成する。レーザー光のエネルギー密度は、レーザービーム１０４のエッジの近傍において低くなっており、そのためエッジの近傍は結晶粒が小さく、結晶の粒界に沿って突起した部分（リッジ）が出現する。そのため、レーザー光のレーザービーム１０４の軌跡のエッジと、チャネル形成領域となる部分とが重ならないようにする。
【００４２】
なおレーザー光の走査方向は、矢印に示すように、凸部１０１ａの方向と平行になるように定める。
【００４３】
本発明では公知のレーザーを用いることができる。レーザー光は連続発振であることが望ましいが、パルス発振であってもある程度本発明の効果を得ることができると考えられる。レーザーは、気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ2Ｏ3レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００４４】
またさらに、固体レーザーから発せられらた赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザー光を用いることもできる。
【００４５】
なお、図２（Ａ）の、結晶化される前のＡ−Ａ’における断面図が図２（Ｂ）に相当し、結晶化された後のＢ−Ｂ’における断面図が図２（Ｃ）に相当する。レーザー光の照射によって結晶化された半導体膜（ＬＣ後）１０３では、絶縁膜１０１の凹部の中央付近近傍において、粒界１０５が生じやすくなる。そして、図２では凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分１０６を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。結晶性が優れている部分１０６は、必ずしも粒界を含まないわけではないが、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。なお、凸部のエッジ近傍と、凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分を、活性層またはチャネル形成領域として用いるようにしても良い。
【００４６】
次に、図３（Ａ）に示すように、粒界が多く形成されていると考えられる凹部のエッジ間の中央付近近傍と、凸部近傍の半導体膜とをチャネル形成領域として用いないように、結晶化後の半導体膜１０３をパターニングし、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、結晶性の優れている部分を用い、島状の半導体膜（アイランド）１０８を形成する。
【００４７】
なお本実施例では、凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍と、凸部と、凹部の中央付近近傍とを一部残す様に半導体膜１０３をパターニングすることで、図３（Ａ）に示すような、チャネル形成領域の部分のみ分離したスリット状の活性層として用いるアイランド１０８を形成した。アイランド１０８のＡ−Ａ’における断面図を図３（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’における断面図を図３（Ｃ）に示す。ソース領域またはドレイン領域となる部分はチャネル形成領域ほど半導体膜の結晶性によるＴＦＴの特性への影響が大きくない。そのため、半導体膜の結晶性が芳しくない部分をソース領域またはドレイン領域として用いても然程問題にはならない。
【００４８】
次に図４（Ａ）に示すように、少なくともアイランド１０８のチャネル形成領域となる部分を覆うように、ゲート絶縁膜１１０を形成する。なお図４（Ａ）では、ソース領域またはドレイン領域となる部分が露出しているが、ゲート絶縁膜１１０でアイランド１０８全体を覆うようにしても良い。
【００４９】
次に、導電性を有する膜を成膜し、パターニングすることで、ゲート電極１１１を形成する。なお、図４（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図４（Ｂ）に示す。ゲート電極１１１は全てのチャネル形成領域と重なっている。
【００５０】
上記作製工程によって、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有するＴＦＴが完成する。このような構成にすることで、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【００５１】
次に、本発明の生産システムについて説明する。図５に本発明の生産システのフローチャートを示す。まずアイランドのマスクを設計し、次に絶縁膜の形状をストライプ状または矩形状の凹凸を有するように設計する。このとき、該アイランドの１つまたは複数が絶縁膜の凹部または凸部の平らな面にレイアウトされるようにする。さらに、アイランドは、凹部または凸部のエッジ間の中央付近の、粒界が比較的形成されやすい部分を避けるようにレイアウトすることが望ましい。そして、アイランドをＴＦＴの活性層として用いる場合、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と、絶縁膜のストライプの向きまたは矩形の長辺か短辺方向に揃えるようにすることが望ましいが、用途に応じて意図的に方向を揃えない様にしても良い。
【００５２】
また、このとき絶縁膜の一部にマーカーが形成されるように、絶縁膜の形状を設計するようにしても良い。
【００５３】
そして、設計された絶縁膜の形状に関する情報（パターン情報）を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力し、その記憶手段に記憶する。コンピューターでは、入力された絶縁膜のパターン情報と、レーザービームの走査方向に対して垂直な方向における幅とに基づき、レーザー光の走査経路を定める。このとき、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または凸部の平らな面とが重ならないように、走査経路を定めることが重要である。なお、絶縁膜のパターン情報に加えて、アイランドのパターン情報をコンピュータの記憶手段に記憶させ、レーザー光の軌跡のエッジとアイランドまたはアイランドのチャネル形成領域とが重ならないように、走査経路を定めるようにしても良い。
【００５４】
なお、スリットを設けてレーザービームの幅を制御する場合、コンピューターでは入力された絶縁膜のパターン情報に基づき、走査方向に対して垂直方向における、絶縁膜の凹部または凸部の幅を把握する。そして、絶縁膜の凹部または凸部の幅を考慮して、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または凸部の平らな面とが重ならないように、走査方向に対して垂直方向におけるスリットの幅を設定する。
【００５５】
一方基板上に、設計したパターン情報に従って絶縁膜を形成し、次に、該絶縁膜上に半導体膜を成膜する。そして、半導体膜を成膜した後、基板をレーザー照射装置のステージに設置し、基板の位置合わせを行なう。図５ではＣＣＤカメラを用いてマーカーを検出し、基板の位置合わせを行う例を示している。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。
【００５６】
なお、ステージに設置された基板上の絶縁膜または半導体膜のパターン情報をＣＣＤカメラ等により検出し、コンピュータにおいてＣＡＤによって設計された絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラによって得られる、実際に基板上に形成された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、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【００５７】
そして、定められた走査経路にしたがってレーザー光を照射し、半導体膜を結晶化する。
【００５８】
次に、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により結晶性が高められた半導体膜をパターニングし、アイランドを形成する。以下、アイランドからＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【００５９】
次に、本発明において用いられるレーザー照射装置の構成について、図６を用いて説明する。１５１はレーザー発振装置である。図６では４つのレーザー発振装置を用いているが、レーザー照射装置が有するレーザー発振装置はこの数に限定されない。
【００６０】
なお、レーザー発振装置１５１は、チラー１５２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１５２は必ずしも設ける必要はないが、レーザー発振装置１５１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。
【００６１】
また１５４は光学系であり、レーザー発振装置１５１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６のレーザー照射装置では、光学系１５４によって、複数のレーザー発振装置１５１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。
【００６２】
なお、レーザー光の進行方向を極短時間で変化させるＡＯ変調器１５３を、被処理物である基板１５６とレーザー発振装置１５１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。
【００６３】
また、被処理物である基板１５６とレーザー発振装置１５１との間の光路に、レーザー発振装置１５１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）１６５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１６０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１６０からの出力を高めるようにしても良い。
【００６４】
合成されたレーザービームは、スリット１５５を介して被処理物である基板１５６に照射される。スリット１５５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１５５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。
【００６５】
なお、スリット１５５を介さない場合の、レーザー発振装置１５１から発振されるレーザー光の基板１５６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。
【００６６】
基板１５６はステージ１５７上に載置されている。図６では、位置制御手段１５８、１５９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１５７の位置が、位置制御手段１５８、１５９によって制御されている。
【００６７】
図６では、位置制御手段１５８がＸ方向におけるステージ１５７の位置の制御を行っており、位置制御手段１５９はＹ方向におけるステージ１５７の位置制御を行う。
【００６８】
また図６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１６０を有している。コンピューター１６０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１５８、１５９を制御し、基板を所定の位置に移動させることができる。
【００６９】
なお図６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。
【００７０】
さらに図６では、コンピューター１６０によって、該スリット１５５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。
【００７１】
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。
【００７２】
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１６０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。
【００７３】
またマーカーを用いた位置合わせのために、ＣＣＤカメラ１６３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。
【００７４】
なお、マーカーを設けずに、ＣＣＤカメラ１６３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１６０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１６３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。
【００７５】
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。
【００７６】
なお、図６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、レーザー発振装置は１台であってもよい。図７にレーザー発振装置が１台の、レーザー照射装置の構成を示す。図７において、２０１はレーザー発振装置、２０２はチラーである。また２１５はエネルギー密度測定装置、２０３はＡＯ変調器、２０４は光学系、２０５はスリット、２１３はＣＣＤカメラである。基板２０６はステージ２０７上に設置し、ステージ２０７の位置はＸ方向位置制御手段２０８、Ｙ方向位置制御手段２０９によって制御されている。そして図６に示したものと同様に、コンピューター２１０によって、レーザー照射装置が有する各手段の動作が制御されており、図６と異なるのはレーザー発振装置が１つであることである。また光学系２０４は図６の場合と異なり、１つのレーザー光を集光する機能を有していれば良い。
【００７７】
このように本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中央付近近傍をパターニングにより除去し、凹部または凸部のエッジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００７８】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査することで、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【００７９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００８０】
（実施例１）
本実施例では、凹凸を有する絶縁膜の形成の仕方について説明する。
【００８１】
まず、図８（Ａ）に示すように、基板２５０上に第１の絶縁膜２５１を成膜する。第１の絶縁膜２５１は本実施例では酸化窒化珪素を用いるがこれに限定されず、第２の絶縁膜とエッチングにおける選択比が大きい絶縁膜であれば良い。本実施例では第１の絶縁膜２５１をＣＶＤ装置でＳｉＨ4とＮ2Ｏを用いて５０〜２００nmの厚さになるように形成した。なお第１の絶縁膜は単層であっても、複数の絶縁膜を積層した構造であってもよい。
【００８２】
次に、図８（Ｂ）に示すように、第１の絶縁膜２５１に接するように第２の絶縁膜２５２を形成する。第２の絶縁膜２５２は後の工程においてパターニングし、凹凸を形成したときに、その後に成膜される半導体膜の表面に凹凸が現れる程度の膜厚にする必要がある。本実施例では第２の絶縁膜２５２として、プラズマＣＶＤ法を用いて３０ｎｍ〜３００ｎｍの酸化珪素を形成する。
【００８３】
次に、図８（Ｃ）に示すようにマスク２５３を形成し、第２の絶縁膜２５２をエッチングする。なお本実施例では、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％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）をエッチャントとし、２０℃においてウエットエッチングを行う。このエッチングにより、矩形状またはストライプ状の凸部２５４が形成される。本明細書では、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３とを合わせて１つの絶縁膜とみなす。
【００８４】
次に、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３を覆うように半導体膜を形成する。本実施例では凸部の厚さが３０ｎｍ〜３００ｎｍであるので、半導体膜の膜厚を５０〜２００ｎｍとするのが望ましく、ここでは６０ｎｍとする。なお、半導体膜と絶縁膜との間に不純物が混入すると、半導体膜の結晶性に悪影響を与え、作製するＴＦＴの特性ばらつきやしきい値電圧の変動を増大させる可能性があるため、絶縁膜と半導体膜とは連続して成膜するのが望ましい。そこで本実施例では、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３とからなる絶縁膜を形成した後は、酸化珪素膜２５５を薄く該絶縁膜上に成膜し、その後大気にさらさないように連続して半導体膜２５６を成膜する。酸化珪素膜の厚さは設計者が適宜設定することができるが、本実施例では５ｎｍ〜３０ｎｍ程度とした。
【００８５】
なお、第２の絶縁膜２５２をエッチングする際に、凸部をテーパー状にエッチングするようにしても良い。凸部をテーパー状にすることで、絶縁膜上に形成される半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極などが凸部のエッジにおいて膜切れするのを防ぐことができる。
【００８６】
次に、図８とは異なる絶縁膜の形成の仕方について説明する。まず図９（Ａ）に示すように基板２６０上に第１の絶縁膜２６１を形成する。第１の絶縁膜２６１は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで形成する。
【００８７】
酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Orthosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。
【００８８】
第１の絶縁膜は２０〜２００nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さに基板の全面に形成した後、図９（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーの技術を用いマスク２６２を形成する。そして、エッチングにより不要な部分を除去して、ストライプ状または矩形状の凸部２６３を形成する。第１の絶縁膜２６１に対してはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例えば、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％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングすると良い。
【００８９】
次いで、凸部２６３及び基板２６０を覆うように、第２の絶縁膜２６４を形成する。この層は第１の絶縁膜２６１と同様に酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで５０〜３００nm（好ましくは１００〜２００nm）の厚さに形成する。
【００９０】
上記作製工程によって、凸部２６３及び第２の絶縁膜２６４からなる絶縁膜が形成される。なお、第２の絶縁膜２６４を形成した後、大気に曝さないように連続して半導体膜を成膜するようにすることで、半導体膜と絶縁膜の間に大気中の不純物が混入するのを防ぐことができる。
【００９１】
（実施例２）
本実施例では、ストライプ状の絶縁膜上に形成された半導体膜を、レーザー光照射により結晶化した後、凹部の基板と平行な面上に、互いに分離されたアイランドを形成し、該アイランドを用いてＴＦＴを作製する例について説明する。
【００９２】
図１０（Ａ）に、本実施例のＴＦＴの構造を示す。図１０（Ａ）では、基板１５０上にストライプ状の凸部１５１を有する絶縁膜１５２が形成されている。そして、凸部１５１間の凹部の上面に、互いに分離された複数のアイランド１５３が形成されている。複数のアイランド１５３は、半導体膜の、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分を用いて形成されている。そして、アイランド１５３に接するようにゲート絶縁膜１５４が形成されている。なお、ゲート絶縁膜１５４は、図１０（Ａ）ではアイランドの不純物領域となる部分を露出するように形成されているが、アイランド１５３全体を覆うように形成されていても良い。
【００９３】
そして、ゲート絶縁膜１５４上に、複数の各アイランド１５３と重なるように複数のゲート電極１５５が形成されている。複数のゲート電極１５５は、回路構成によっては互いに接続されていても良い。
【００９４】
なお、図１０（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図が図１０（Ｂ）に相当し、図１０（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図が図１０（Ｃ）に相当する。図１０（Ｃ）に示すように、各ゲート電極１５５は、ゲート絶縁膜１５４を間に挟んでアイランド１５３のチャネル形成領域１５６と重なっている。チャネル形成領域１５６は同じくアイランド１５３に含まれる２つの不純物領域１５７に挟まれている。
【００９５】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【００９６】
本実施例は実施例１と組み合わせて実施することが可能である。
【００９７】
（実施例３）
本実施例では、絶縁膜の形状のバリエーションについて説明する。
【００９８】
図１１（Ａ）に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図１１（Ａ）では、基板１７０上に絶縁膜１７１が形成されており、該絶縁膜１７１は複数の凸部１７２を有している。各凸部１７２は上面から見た形状が矩形である。そして全ての凸部は、その矩形の長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【００９９】
また、各凸部１７２はレーザー光の走査方向における幅と、走査方向に対して垂直な方向における幅が、互いに全て同じになっているわけではない。所望のアイランドの形状に合わせて絶縁膜の形状を設計することが望ましい。
【０１００】
なお、本発明で用いる絶縁膜は、凸部の形状が完全に矩形またはストライプ形状である必要はなく、その一部が矩形またはストライプ形状を有していれば良い。図１１（Ｂ）に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図１１（Ｂ）では、基板１８０上に絶縁膜１８１が形成されており、該絶縁膜１８１は上面から見てスリット状の開口部を有する矩形状の凸部１８２が形成されている。凸部１８２は、そのスリットの長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【０１０１】
次に、図１１（Ｂ）に示したような、スリット状の開口部を有する絶縁膜を用いて形成された、ＴＦＴの構成の一例について説明する。
【０１０２】
図１２（Ａ）に本実施例のＴＦＴの上面図を示す。図１２（Ａ）に示すように、本実施例では内部にスリット状の開口部を有した矩形状の凸部７６０を有する絶縁膜を用いた。凸部７６０を覆うように半導体膜を成膜し、該スリット状の開口部の長軸方向に沿ってレーザー光を矢印に示す方向に走査し、該半導体膜を結晶化させる。そして、該半導体膜をパターニングし、凸部に囲まれた凹部の上面にチャネル形成領域が形成された、開口部を有するアイランド７６１を形成する。なお、アイランド７６１のチャネル形成領域は、凹部のエッジ間の中央付近近傍を避け、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、結晶性の優れている部分を用いるようにする。
【０１０３】
そして、該アイランド７６１に接するようにゲート絶縁膜７６２を形成する。なお、図１２（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図１２（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’における断面図を図１２（Ｃ）に、Ｃ−Ｃ’における断面図を図１２（Ｄ）に示す。
【０１０４】
そしてゲート絶縁膜７６２上に導電性を有する膜を成膜し、該導電膜をパターニングすることでゲート電極７６３が形成されている。なおゲート電極７６３は、ゲート絶縁膜７６２を間に挟んで、アイランド７６１のチャネル形成領域７６４と重なっており、チャネル形成領域７６４はアイランド７６１に含まれる２つの不純物領域７６５に挟まれている。
【０１０５】
そしてゲート電極７６３、アイランド７６１及びゲート絶縁膜７６２を覆うように、第１の層間絶縁膜７６６が形成されている。第１の層間絶縁膜７６６は無機絶縁膜からなり、アイランド７６１にアルカリ金属などのＴＦＴの特性に悪影響を与える物質が混入するのを防ぐ効果がある。
【０１０６】
そして、第１の層間絶縁膜７６６上に有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜７６７が形成されている。そして第２の層間絶縁膜７６７、第１の層間絶縁膜７６６及びゲート絶縁膜７６２は、エッチングにより開口部が形成されており、該開口部を介して２つの不純物領域７６５と、ゲート電極７６３とにそれぞれ接続された配線７６８、７６９が第２の層間絶縁膜７６７上に形成されている。
【０１０７】
本実施例においては、チャネル形成領域７６４が複数形成されており、かつ複数のチャネル形成領域が互いに分離しているので、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【０１０８】
なお本実施例では凹底部に形成されたチャネル形成領域を有するＴＦＴについて説明したが、凸上部に形成されたチャネル形成領域を用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【０１０９】
（実施例４）
本実施例では、本発明のレーザー結晶化法を用いた、アクティブマトリクス基板の作製方法について、図１３、図１４を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１１０】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板６００を用いる。なお、基板６００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【０１１１】
次いで、基板６００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る絶縁膜を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により、１００〜３００nmの厚さで形成する。
【０１１２】
次に、この絶縁膜に膜厚の厚い部分と薄い部分を形成するために、本実施例では写真蝕刻（フォトリソグラフィー）技術によりレジストのマスク６９３を形成し、エッチング処理を施す。エッチング量によって段差が決まるが、本実施例では概ね５０〜１００nmとする。例えば、１５０nm酸化窒化シリコン膜を７５nmエッチングするには、フッ酸を含む溶液を用いたウエットエッチングを用いても良いし、ＣＦ4を用いたドライエッチングなどを適用することができる。このよう、凸形状が形成された絶縁膜６０１を形成する。このときレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における凸領域の幅は、作製するＴＦＴの大きさを考慮して適宣決めれば良いが、結晶核の生成数を制御する目的においては２〜６μｍ程度の大きさ（直径若しくは対角線長さ）が好ましい（図１３（Ａ））。
【０１１３】
次いで、絶縁膜６０１上に、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜６９２を形成する（図１３（Ｂ））。なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜しているが、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜であっても良い。また、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を用いても良い。
【０１１４】
次に、非晶質半導体膜６９２をレーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー光の走査方向は、絶縁膜６０１におけるストライプ状の凸部の延長方向に平行になるようにする。なお、絶縁膜６０１における凸部が、基板上から見たとき矩形である場合は、該矩形の長辺方向または短辺方向と平行になるように、レーザー光の走査方向を定める。具体的には、レーザー照射装置のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、選択的にレーザー光を照射する。もちろん、レーザー結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。なお本実施例では、スリットを用いてレーザービームの幅を、絶縁膜の走査方向に対して垂直な方向における幅に合わせて変える例を示すが、本発明はこれに限定されず、スリットは必ずしも用いる必要はない。
【０１１５】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザー光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【０１１６】
なおレーザー照射は、パルス発振または連続発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ2Ｏ3レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。またスラブレーザーも用いることができる。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０１１７】
上述したレーザー結晶化によって、結晶性が高められた結晶質半導体膜６９４が形成される（図１３（Ｃ））。結晶質半導体膜は、エッジ間の中央付近近傍において、粒界６９５が形成されやすい。
【０１１８】
次に、結晶性が高められた結晶質半導体膜６９４を所望の形状にパターニングして、結晶化されたアイランド６０２〜６０６を形成する（図１３（Ｄ））。このとき、粒界６９５が形成されやすいエッジ間の中央付近近傍を除去することで、アイランド６０２〜６０６内における粒界の数を抑えることができる。
【０１１９】
また、アイランド６０２〜６０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１２０】
次いで、アイランド６０２〜６０６を用いてＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【０１２１】
図１４に、本実施例の半導体装置の断面図を示す。アイランド６０２〜６０６にはチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域を挟んで存在する第１の不純物領域と、前記第１の不純物領域とチャネル形成領域との間に形成された第２の不純物領域とを有している。第１の不純物領域における一導電型を付与する不純物の濃度は、第２の不純物領域におけるその濃度よりも高くなっている。そして、アイランド６０２〜６０６を覆ってゲート絶縁膜６０７が形成されており、前記ゲート絶縁膜６０７上には、前記チャネル形成領域と重なるようにゲート電極６０８〜６１３と、ソース信号線６１４が形成されている。さらに、ゲート電極６０８〜６１３と、ソース信号線６１４を覆うようにゲート絶縁膜６０７上に層間絶縁膜６１５が形成されている。
【０１２２】
そして駆動回路６８６において、層間絶縁膜６１５上には各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線６６３〜６６７が形成されている。また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、配線６６８を形成する。この配線６６８によりソース信号線６１４は、画素ＴＦＴ６８４と電気的に接続される。
【０１２３】
また図示してはいないが、ゲート配線６６９は、画素ＴＦＴ６８４のゲート電極６１１、６１２と電気的に接続されている。また、画素電極６７０は、画素ＴＦＴの第１不純物領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量６８５を形成する一方の電極として機能するアイランド６０６と電気的な接続が形成される。また本願では画素電極と配線とを同じ材料で形成しているが、画素電極６７０としてＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いても良い。
【０１２４】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。保持容量６８５は、ゲート絶縁膜６０７を誘電体として、電極６１３と、アイランド６０６とで形成されている。
【０１２５】
本実施例の画素は、遮蔽膜を用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース信号線と重なるように配置形成する。
【０１２６】
なお本実施例では液晶表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板の構成について説明したが、本実施例の作製工程を用いて発光装置を作製することもできる。発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。
【０１２７】
なお発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうしが互いに一部混合していても良い。
【０１２８】
なお、本発明は、サブミクロン単位の半導体素子にも応用することができる。また本実施例では凹底部において活性層を形成する例について示したが、凸上部において活性層を形成するようにしても良い。
【０１２９】
本実施例は、実施例１〜実施例３と組み合わせて実施することが可能である。
【０１３０】
（実施例５）
本実施例では、半導体膜の結晶化に際し、レーザー光の照射の工程と、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程とを組み合わせた例について説明する。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【０１３１】
まず、図１５（Ａ）に示すように基板５００上に、凸部５０２を有する絶縁膜５０１を形成する。そして該絶縁膜５０１上に半導体膜５０３を形成する。
【０１３２】
次に触媒元素を用いて半導体膜５０３を結晶化させる（図１５（Ｂ））。例えば特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を半導体膜５０３に塗布してニッケル含有層５０４を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い、結晶性が高められた半導体膜５０５を形成する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素を用いても良い。
【０１３３】
そして、レーザー光照射により、ＮｉＳＰＣにより結晶化された半導体膜５０５から、結晶性がさらに高められた半導体膜５０６が形成される。レーザー光照射により得られた半導体膜５０６は触媒元素を含んでおり、レーザー光照射後にその触媒元素を半導体膜５０６から除去する工程（ゲッタリング）を行う。ゲッタリングは特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いることができる。
【０１３４】
具体的には、レーザー照射後に得られる半導体膜５０６の一部にリンを添加した領域５０７を形成する。窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行う。すると半導体膜５０６のリンが添加された領域５０７が、ゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５０６中に存在する触媒元素を、リンが添加された５０７領域に偏析させることができる（図１５（Ｄ））。
【０１３５】
その後、半導体膜５０６のリンが添加された５０７領域をパターニングにより除去することで、触媒元素の濃度を１×１０17atoms/cm3以下好ましくは１×１０16atoms/cm3程度にまで低減されたアイランド５０８を得ることができる（図１５（Ｅ））。
【０１３６】
なお、結晶化前の半導体膜に触媒元素を含む溶液を塗布した後に、ＳＰＣではなく、レーザー光の照射により結晶成長を行うようにしても良い。
【０１３７】
本実施例は実施例１〜４と組み合わせて実施することが可能である。
【０１３８】
（実施例６）
本実施例では、複数のレーザービームを重ね合わせることで合成される、レーザービームの形状について説明する。
【０１３９】
図１６（Ａ）に、複数のレーザー発振装置からそれぞれ発振されるレーザー光の、スリットを介さない場合の被処理物におけるレーザービームの形状の一例を示す。図１６（Ａ）に示したレーザービームは楕円形状を有している。なお本発明において、レーザー発振装置から発振されるレーザー光のレーザービームの形状は、楕円に限定されない。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。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。
【０１４０】
図１６（Ｂ）に図１６（Ａ）に示したレーザービームの長軸Ｙ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１６（Ａ）に示すレーザービームは、図１６（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。レーザービーム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１６（Ａ）に示したレーザービームは、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。
【０１４１】
次に、図１６（Ａ）に示したレーザービームを有するレーザー光を合成したときの、レーザービームの形状を、図１６（Ｃ）に示す。なお図１６（Ｃ）では４つのレーザー光のレーザービームを重ね合わせることで１つの線状のレーザービーム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ビームの数はこれに限定されない。
【０１４２】
図１６（Ｃ）に示すように、各レーザー光のレーザービームは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザービームの一部が重なることで合成され、１つのレーザービーム３６０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３６０の中心軸とする。
【０１４３】
図１６（Ｄ）に、図１６（Ｄ）に示した合成後のレーザービームの、中心軸ｙ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。なお、図１６（Ｃ）に示すレーザービームは、図１６（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ビーム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ビームのエネルギー密度Ｅ１とＥ２を加算すると、ビームのエネルギー密度のピーク値Ｅ３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。
【０１４４】
なお、Ｅ１とＥ２を加算するとＥ３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。Ｅ１とＥ２を加算した値とＥ３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。
【０１４５】
レーザービームを単独で用いると、エネルギー密度の分布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またはアイランドとなる部分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１６（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、エネルギー密度が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。
【０１４６】
なお、計算によって求めた図１６（Ｃ）のＢ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度の分布を、図１７に示す。なお、図１７は、合成前のレーザービームの、ピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域を基準としている。合成前のレーザービームの短軸方向の長さを３７μm、長軸方向の長さを４１０μmとし、中心間の距離を１９２μmとしたときの、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度は、それぞれ図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すような分布を有している。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、合成前のレーザービームのピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域における、合成されたレーザービームの形状は、線状と言い表すことができる。
【０１４７】
図１８（Ａ）は、合成されたレーザービームのエネルギー分布を示す図である。３６１で示した領域はエネルギー密度が均一な領域であり、３６２で示した領域はエネルギー密度が低い領域である。図１８において、レーザービームの中心軸方向の長さをＷTBWとし、エネルギー密度が均一な領域３６１における中心軸方向の長さをＷmaxとする。ＷTBWがＷmaxに比べて大きくなればなるほど、結晶化に用いることができるエネルギー密度が均一な領域３６１に対する、半導体膜の結晶化に用いることができないエネルギー密度が均一ではない領域３６２の割合が大きくなる。エネルギー密度が均一ではない領域３６２のみが照射された半導体膜は、微結晶が生成し結晶性が芳しくない。よって半導体膜のアイランドとなる領域と、領域３６２のみを重ねないように、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトを定める必要が生じ、領域３６１に対する領域３６２の比率が高くなるとその制約はさらに大きくなる。よってスリットを用いて、エネルギー密度が均一ではない領域３６２のみが絶縁膜の凹部または凸部上に形成された半導体膜に照射されるのを防ぐことは、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトの際に生じる制約を小さくするのに有効である。
【０１４８】
本実施例は実施例１〜５と組み合わせて実施することが可能である。
【０１４９】
（実施例７）
本実施例では、本発明に用いられるレーザー照射装置の光学系と、各光学系とスリットとの位置関係について説明する。
【０１５０】
図１９は、レーザービームを４つ合成して１つのレーザービームにする場合の光学系を示している。図１９に示す光学系は、６つのシリンドリカルレンズ４１７〜４２２を有している。矢印の方向から入射した４つのレーザー光は、４つのシリンドリカルレンズ４１９〜４２２のそれぞれに入射する。そしてシリンドリカルレンズ４１９、４２１において成形された２つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１７において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット４２４を通って被処理物４２３に照射される。一方シリンドリカルレンズ４２０、４２２において成形された２つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１８において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット４２４を通って被処理物４２３に照射される。
【０１５１】
被処理物４２３における各レーザー光のレーザービームは、互いに一部重なることで合成されて１つのレーザービームを形成している。
【０１５２】
各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能であるが、被処理物４２３に最も近いシリンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離は、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距離よりも小さくする。例えば、被処理物４２３に最も近いシリンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４１７、４１８から被処理物４２３へのレーザー光の入射角は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２からシリンドリカルレンズ４１７、４１８へのレーザー光の入射角を１０°とするように各レンズを設置する。なお、戻り光を防ぎ、また均一な照射を行なうために、レーザー光の基板への入射角度を０°より大きく、望ましくは５〜３０°に保つのが望ましい。
【０１５３】
図１９では、４つのレーザービームを合成する例について示しており、この場合４つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４つと、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシリンドリカルレンズとを有している。合成するレーザービームの数はこれに限定されず、合成するレーザービームの数は２以上８以下であれば良い。ｎ（ｎ＝２、４、６、８）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応するｎ／２のシリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝３、５、７）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応する（ｎ＋１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。
【０１５４】
そして、レーザービームを５つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮すると、５つ目以降のレーザー光は基板の反対側から照射するのが望ましく、その場合スリットを基板の反対側にも設ける必要がある。また、基板は透過性を有していることが必要である。
【０１５５】
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入射角は、０より大きく９０°より小さくなるように保つようにするのが望ましい。
【０１５６】
また、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したもの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。上記のθに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。
【０１５７】
なお本発明に用いられるレーザー照射装置が有する光学系は、本実施
例で示した構成に限定されない。
【０１５８】
本実施例は実施例１〜６と組み合わせて実施することが可能である。
【０１５９】
（実施例８）
楕円形状のレーザービームを有するレーザー光は、走査方向と垂直な方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、エネルギー密度の低い領域の全体に占める割合が、矩形または線形のレーザービームを有するレーザー光に比べて高い。そのため本発明では、レーザー光のレーザービームが、エネルギー密度の分布が比較的均一な矩形または線形であることが望ましい。
【０１６０】
矩形または線形のレーザービームを得られるガスレーザーとして代表的なのはエキシマレーザーであり、固体レーザーとして代表的なのはスラブレーザーである。本実施例では、スラブレーザーについて説明する。
【０１６１】
図２０（Ａ）にスラブ型のレーザー発振装置の構成を一例として示す。図２０（Ａ）に示すスラブ型のレーザー発振装置は、ロッド７５００と、反射ミラー７５０１と、出射ミラー７５０２と、シリンドリカルレンズ７５０３を有している。
【０１６２】
ロッド７５００に励起光を照射すると、ロッド７５００内のジグザグの光路をたどって、反射ミラー７５０１または出射ミラー７５０２側にレーザー光が出射する。反射ミラー７５０１側に出射したレーザー光は、反射されて再びロッド７５００内に入射し、出射ミラー７５０２側に出射する。ロッド７５００は板状のスラブ媒質を用いたスラブ式であり、出射段階で比較的長い矩形または線形のレーザービームを形成することができる。そして、出射したレーザー光はシリンドリカルレンズ７５０３においそのレーザービームの形状がより細くなるよう加工され、レーザー発振装置から出射される。
【０１６３】
次に、スラブ型のレーザー発振装置の、図２０（Ａ）に示したものとは異なる構成を、図２０（Ｂ）に示す。図２０（Ｂ）では、図２０（Ａ）に示したレーザー発振装置に、シリンドリカルレンズ７５０４を追加したものであり、シリンドリカルレンズ７５０４によって、レーザービームの長さを制御することができる。
【０１６４】
なおコヒーレント長が１０ｃｍ以上、好ましくは１ｍ以上であると、レーザービームをより細くすることができる。
【０１６５】
また、ロッド７５００の温度が過剰に上昇するのを防ぐために、例えば冷却水を循環させるなど、温度の制御をする手段を設けるようにしても良い。
【０１６６】
図２０（Ｃ）に、シリンドリカルレンズの形状の、一実施例を示す。７５０９は本実施例のシリンドリカルレンズであり、ホルダー７５１０により固定されている。そしてシリンドリカルレンズ７５０９は、円柱面と矩形の平面とが互いに向き合った形状を有しており、円柱面の２本の母線と、向かい合った矩形の２本の辺とが互いに全て平行である。そして、円柱面の２つの母線と、平行な該２つの辺とでそれぞれ形成される２つの面は、該矩形の平面と０より大きく９０°よりも小さい角度で交わっている。このように平行な該２つの辺とでそれぞれ形成される２つの面は、該矩形の平面と９０°未満の角度で交わることで、９０°以上のときと比べて焦点距離を短くすることができ、よりレーザービームの形状を細くし、線形に近づけることができる。
【０１６７】
本実施例は、実施例１〜７と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６８】
（実施例９）
本実施例では、レーザービームを重ね合わせたときの、各レーザービームの中心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。
【０１６９】
図２１に、各レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレーザービームのエネルギー密度の分布を破線で示す。レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従っている。
【０１７０】
合成前のレーザービームにおいて、ピーク値の１／ｅ2以上のエネルギー密度を満たしている中心軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸとする。また、合成されたビームスポットにおいて、合成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸとＹの関係を、図２２に示す。なお図２２では、Ｙを百分率で表した。
【０１７１】
図２２において、エネルギー差Ｙは以下の式１の近似式で表される。
【０１７２】
【式１】
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ2（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
【０１７３】
式１に従えば、例えばエネルギー差を５％程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４となるようにすれば良いということがわかる。Ｙ＝０となるのが理想的だが、それではビームスポットの長さが短くなるので、スループットとのバランスでＸを決定すると良い。
【０１７４】
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図２３に、レーザービームが楕円形状を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ4レーザーの出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲であり、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザー光の出力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。
【０１７５】
合成後のビームスポットの出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図２３の場合は、エネルギー差Ｙが±２６．３％となり、上記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶性が得られることがわかる。
【０１７６】
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もレーザービームの形状によって変わってくるので、エネルギー差Ｙの許容範囲は必ずしも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザーの出力エネルギーの分布からエネルギー差Ｙの許容範囲を設定する必要がある。
【０１７７】
本実施例は、実施例１〜８と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７８】
（実施例１０）
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例１〜９に基づいて作製される表示パネルの形態を図２４と図２５を用いて説明する。
【０１７９】
図２４は基板９０１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９０４が備えられている。シールドパターン９０５は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出力端子部９０８とを接続する配線又は配線群９０４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。入出力端子部９０８には、ＦＰＣ９０３が固着されている。
【０１８０】
本発明は、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を構成する能動素子に用いることができる。
【０１８１】
図２５は図２４で示す画素部９０２の一画素の構成を示す一例であり、ＴＦＴ８０１〜８０３が備えられている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動用のＴＦＴである。
【０１８２】
これらのＴＦＴの活性層８１２〜８１４は、その下層に形成されている絶縁膜の凹部８１０、８１１のエッジと、エッジ間の中央付近との間に配置されている。活性層８１２〜８１４の上層には、ゲート配線８１５〜８１７が形成され、パッシベーション膜及び平坦化膜を介してデータ線８１９、電源線８２０、その他各種配線８２１、８２２、及び画素電極８２３が形成されている。
【０１８３】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【０１８４】
本実施例は、実施例１〜実施例９と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１８５】
（実施例１１）
本発明を用いて作製されるＴＦＴを搭載した半導体装置は、様々な電子機器への適用が可能である。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、携帯電話等)、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、投影型表示装置等が挙げられる。それら電子機器の具体例を図２６に示す。
【０１８６】
図２６（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２００３に用いることで、本発明の表示装置が完成する。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０１８７】
図２６（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２１０２に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが完成する。
【０１８８】
図２６（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２２０３に用いることで、本発明のノート型パーソナルコンピュータが完成する。
【０１８９】
図２６（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２３０２に用いることで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０１９０】
図２６（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明の半導体装置を表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることで、本発明の画像再生装置が完成する。
【０１９１】
図２６（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置を表示部２５０２に用いることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０１９２】
図２６（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置を表示部２６０２に用いることで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０１９３】
ここで図２６（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。本発明の半導体装置を表示部２７０３に用いることで、本発明の携帯電話が完成する。
【０１９４】
以上の様に、本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用いることが可能である。また、本実施例は実施例１〜１０に示したいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能である。
【０１９５】
（実施例１２）
本実施例では、本発明の半導体装置の構成について説明する。図２７に本実施例の半導体装置の断面図を示す。
【０１９６】
基板７００上に凸部７０１ａ、７０１ｂを有する第１の絶縁膜７０１が形成されている。そして、第１の絶縁膜７０１上に第１のＴＦＴ７０２が形成されている。なお、第１のＴＦＴ７０２のアイランドは、凸部７０１ａと７０１ｂとで形成される凹部のエッジと、該エッジ間の中央付近近傍との間における第１の絶縁膜７０１上に形成されている。
【０１９７】
第１のＴＦＴ７０２を覆うように第１の層間絶縁膜７０３が形成されており、第１の層間絶縁膜７０３上に、第１の接続配線７０５と、第１のＴＦＴ７０２に電気的に接続されている配線７０４とが形成されている。
【０１９８】
そして、配線７０４、第１の接続配線７０５を覆うように、第２の層間絶縁膜７０６が形成されている。第２の層間絶縁膜７０６は無機の絶縁膜で形成されており、その上面は化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）を用いて研磨しておくと、後に形成される第２の絶縁膜がより平坦化され、第２の絶縁膜上に形成される半導体膜をレーザー光により結晶化するときに、その結晶性をより高めることができる。
【０１９９】
そして第２の層間絶縁膜７０６上に第２の絶縁膜７０７が形成されている。第２の絶縁膜７０７は凸部７０７ａを有している。そして、第２の絶縁膜７０７上に第２のＴＦＴ７０８が形成されている。なお、第２のＴＦＴ７０８のアイランドは、凸部７０７ａで形成される凹部のエッジと、該エッジと他方のエッジ（図示せず）間の中央付近近傍との間における第２の絶縁膜７０７上に形成されている。
【０２００】
第２のＴＦＴ７０８を覆うように第３の層間絶縁膜７０９が形成されており、第３の層間絶縁膜７０９上に、第２の接続配線７１１と、第２のＴＦＴ７０８に電気的に接続されている配線７１０とが形成されている。なお、第１の接続配線７０５と第２の接続配線７１１との間にはダマシンプロセス等によって埋め込み配線（プラグ）７１２が形成されている。
【０２０１】
そして、配線７１０、第２の接続配線７１１を覆うように、第４の層間絶縁膜７１３が形成されている。
【０２０２】
本実施例では、第１のＴＦＴ７０２と第２のＴＦＴ７０８とを、層間絶縁膜を介して重ね合わせることができる、所謂スタック構造を有している。本実施例のスタック構造を有するＴＦＴを用い、ＬＳＩを用いたＣＰＵ、各種ロジック回路の記憶素子（例えばＳＲＡＭ）、カウンタ回路、分周回路ロジック等を形成することができる。
【０２０３】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良い。
【０２０４】
本実施例は、実施例１〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２０５】
（実施例１３）
本実施例では、楕円形のレーザービームを複数合成して形成された線状のレーザービームにおける、エネルギー密度の分布について説明する。
【０２０６】
図２８に、長径が４００μm、短径が４０μmの楕円形のレーザービームを２つ重ね合わせたときの、１/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.255ｍｍである。
【０２０７】
また、図２９に、長径が４００μm、短径が４０μmの楕円形のレーザービームを４つ重ね合わせたときの、１/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.255ｍｍである。
【０２０８】
また、図３０に、長径が４００μm、短径が４０μmの楕円形のレーザービームを４つ重ね合わせたときの、１/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.215ｍｍである。
【０２０９】
楕円形状のレーザービームでは中心線方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っている。一方、複数の楕円形のレーザービームを重ね合わせることで形成されるレーザービームは、図２８、図２９、図３０に示したように、中心線方向におけるエネルギー密度の分布が一定の高さ以上において波形を有しており、楕円形状のレーザービームと異なり中心線方向におけるエネルギー密度が比較的均一で、線状になっているといえる。
【０２１０】
このような線状のエネルギー分布を有するレーザービームを、本発明に適用することで、均一な結晶性を有するアイランドを形成することができる。
【０２１１】
本実施例は、実施例１〜実施例１２と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２１２】
（実施例１４）
本実施例では、連続発振のレーザー光の照射により、半導体膜中に取り込まれる酸素、窒素、炭素、ボロンの濃度について説明する。
【０２１３】
まず酸化窒化珪素からなる絶縁膜上に非晶質珪素膜を１５００Åの膜厚になるように成膜し、該非晶質珪素膜に酢酸ニッケル塩溶液を塗布して５００〜６５０℃で加熱する。その後、連続発振のレーザー光を用いて結晶化させ、結晶質珪素膜（poly-Si）を成膜する。なお、レーザー光の照射はクリーンルーム内の大気雰囲気下で行った。なお、該結晶質珪素膜の表面には、自然と薄い酸化膜（自然酸化膜）が形成される。そして該結晶質珪素膜及び薄い自然酸化膜を覆って非晶質珪素膜を成膜する。
【０２１４】
この状態で、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）にて測定した、酸素、窒素、炭素、ボロンの各原子濃度のプロファイルを図３１〜図３４に示す。
【０２１５】
図３１にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の酸素濃度のプロファイルを示す。縦軸は酸素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の酸素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の酸素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の酸素の濃度は、２×１０19atoms/cm3以下である。図３１に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の酸素濃度が高まったことがわかる。
【０２１６】
図３２にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の窒素濃度のプロファイルを示す。縦軸は窒素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の窒素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の窒素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の窒素の濃度は、１×１０19atoms/cm3以下である。図３２に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の窒素濃度が高まったことがわかる。
【０２１７】
図３３にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の炭素濃度のプロファイルを示す。縦軸は炭素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の炭素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の炭素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の炭素の濃度は、５×１０18atoms/cm3以下である。図３３に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の炭素濃度が高まったことがわかる。
【０２１８】
図３４にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中のボロン濃度のプロファイルを示す。縦軸はボロンの原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合のボロン濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合のボロン濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。図３４からは、レーザー光の照射により、珪素膜中のボロン濃度が弱冠高まっているようにも見えるが、いずれにしろレーザー照射前も照射後も、ＳＩＭＳで測定される最低濃度以下であり、ごく微量である。
【０２１９】
（実施例１５）
本実施例では、絶縁膜の形状と、その上に形成される半導体膜の膜厚との関係について説明する。
【０２２０】
図３５（Ａ）に、凸部９５０ａを有する絶縁膜９５０と、その上に形成された半導体膜９５１が示されている。なお半導体膜９５１はレーザー光により結晶化された後の状態を示している。
【０２２１】
図３５（Ａ）に示すように、凸部９５０ａの上に位置する半導体膜９５１の膜厚Ｈｔは、凸部９５０ａ間の凹部上に位置する半導体膜９５１の膜厚Ｈｂに比べて薄くなっている。これは、レーザー光の照射により一次的に溶解した半導体膜が凹部に移動するからだと考えられる。そのため、レーザー光の照射後は、半導体膜９５１の表面もある程度平坦化されるのではないかと考えられる。
【０２２２】
図３５（Ｂ）に凸部９６０ａを有する絶縁膜９６０と、その上に形成された表面が平らな半導体膜９６１が示されている。図３５（Ａ）では半導体膜９５１の表面にも凹凸が形成されているが、図３５（Ｂ）では凹凸がレーザー光の照射により平坦化されてしまっている。
【０２２３】
図３５（Ｃ）に、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、凸部の幅Ｗｔが凹部の幅Ｗｂよりも広くなっている絶縁膜の断面図を示す。凸部上に位置する半導体膜の結晶性の優れている部分をＴＦＴの活性層として用いる場合、図３５（Ｃ）に示すように、凸部の幅Ｗｔが凹部の幅Ｗｂよりも広くなっている方が、アイランドのレイアウトの制約がより少なくなるので好ましい。
【０２２４】
本実施例は、実施例１〜実施例１４と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２２５】
【発明の効果】
本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中央付近近傍をパターニングにより除去し、凹部または凸部のエッジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【０２２６】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０２２７】
また、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、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【０２２８】
なお、絶縁膜に凹凸を形成するのではなく、エッチングにより基板自体に凹凸を設けることで、その上に形成される半導体膜の粒界の位置を制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザー光を照射した時の、半導体膜における結晶成長の方向を示す図。
【図２】 半導体膜にレーザー光を照射している様子を示す図
【図３】 結晶化された半導体膜をパターニングすることで形成されたアイランドの図。
【図４】 図３に示したアイランドを用いて形成されたＴＦＴの構造を示す図。
【図５】 本発明の生産システムのフローチャートを示す図。
【図６】 レーザー照射装置の図。
【図７】 レーザー照射装置の図。
【図８】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図９】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図１０】 互いに分離するアイランドを用いて形成されるＴＦＴの図。
【図１１】 凹凸を有する絶縁膜の形状を示す図。
【図１２】 図１１（Ｂ）に示した絶縁膜を用いて形成されたＴＦＴの上面図及び断面図。
【図１３】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１５】 触媒金属を用いた半導体膜の結晶化の方法を示す図。
【図１６】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図１７】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図１８】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図１９】 光学系の図。
【図２０】 光学系の図。
【図２１】 重ね合わせたレーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。
【図２２】 レーザービームの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図２３】 レーザービームの中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。
【図２４】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の構造を示す図。
【図２５】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の画素の構造を示す図。
【図２６】 本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。
【図２７】 スタック構造を有するＴＦＴの断面図。
【図２８】 ２つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図２９】 ４つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図３０】 ４つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図３１】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の酸素濃度のプロファイル。
【図３２】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の窒素濃度のプロファイル。
【図３３】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の炭素濃度のプロファイル。
【図３４】 レーザー光で結晶化された珪素膜中のボロン濃度のプロファイル。
【図３５】 凹凸を有する絶縁膜と、その上に形成された半導体膜の断面図。
Claims (21)
- 複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の凹底部の各々の中央付近と前記複数の凹底部の各々のエッジとの間の上に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の凹底部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のチャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って延在していることを特徴とする半導体装置。 - 複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の凹底部の各々の中央付近と前記複数の凹底部の各々のエッジとの間の上に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の凹底部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のチャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って並列に延在していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅の３倍以上であることを特徴とする半導体装置。 - 複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の凸上部の各々の中央付近と前記複数の凸上部の各々のエッジとの間の上に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の凸上部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のチャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って延在していることを特徴とする半導体装置。 - 複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の凸上部の各々の中央付近と前記複数の凸上部の各々のエッジとの間の上に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の凸上部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のチャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って並列に延在していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項５または請求項６において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凸上部の幅が凹底部の幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項５乃至請求項７のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凸上部の幅が凹底部の幅の３倍以上であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記凹凸を有する絶縁膜は、酸化珪素又は酸窒化珪素から成る第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられ、矩形又は縞状のパターンを有する窒化珪素又は窒酸化珪素から成る第２絶縁膜と、を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記絶縁膜の凸部は、前記長手方向と垂直な方向における断面の形状が台形であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域内における酸素の濃度は、２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域内における炭素の濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域内における窒素の濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。 - レーザー発振装置と、
前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光が線状になるように集光する光学系と、
前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第１の手段と、
入力されたパターン情報を記憶する第２の手段と、
前記第２の手段に記憶されたパターン情報に従って、基板上に縞状または矩形状の凹凸を有する絶縁膜を形成する第３の手段と、
前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第４の手段と、
前記半導体膜のパターン情報を読み取る第５の手段と、
前記読み取ったパターン情報を記憶する第６の手段と、
前記第２の手段に記憶されたパターン情報と、前記第６の手段に記憶されたパターン情報と、前記半導体膜の厚さとから得られた前記基板の位置情報を基準として、前記第２の手段に記憶されたパターン情報または前記第６の手段に記憶されたパターン情報から、前記半導体膜の凹底部を含むように前記レーザー光の走査経路を定め、なおかつ前記第１の手段を制御して前記走査経路に従い前記レーザー光を移動させることで、前記半導体膜の結晶性を高める第７の手段と、
前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、前記凹底部の中央付近と前記凹底部のエッジとの間の上にアイランドを形成する第８の手段と、
を有することを特徴とする半導体装置の生産システム。 - レーザー発振装置と、
前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光が線状になるように集光する光学系と、
前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第１の手段と、
入力されたパターン情報を記憶する第２の手段と、
前記第２の手段に記憶されたパターン情報に従って、基板上に縞状または矩形状の凹凸を有する絶縁膜を形成する第３の手段と、
前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第４の手段と、
前記半導体膜のパターン情報を読み取る第５の手段と、
前記読み取ったパターン情報を記憶する第６の手段と、
前記第２の手段に記憶されたパターン情報と、前記第６の手段に記憶されたパターン情報と、前記半導体膜の厚さとから得られた前記基板の位置情報を基準として、前記第２の手段に記憶されたパターン情報または前記第６の手段に記憶されたパターン情報から、前記半導体膜の凸上部を含むように前記レーザー光の走査経路を定め、なおかつ前記第１の手段を制御して前記走査経路に従い前記レーザー光を移動させることで、前記半導体膜の結晶性を高める第７の手段と、
前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、前記凸上部の中央付近と前記凸上部のエッジとの間の上にアイランドを形成する第８の手段と、
を有することを特徴とする半導体装置の生産システム。 - 請求項１４または請求項１５において、
前記第５の手段は電荷結合素子を用いていることを特徴とする半導体装置の生産システム。 - 請求項１４乃至請求項１６のいずれか一項において、
前記レーザー光の走査が減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において行われることを特徴とする半導体装置の生産システム。 - 請求項１４乃至請求項１７のいずれか一項において、
前記レーザー光は、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザーから選ばれた一種または複数種を用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の生産システム。 - 請求項１４乃至請求項１７のいずれか一項において、
前記レーザー光は、スラブレーザーを用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の生産システム。 - 請求項１４乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記レーザー光は連続発振されたレーザー光であることを特徴とする半導体装置の生産システム。 - 請求項１４乃至請求項２０のいずれか一項において、
前記レーザー光は、基本波の第２高調波のレーザー光であることを特徴とする半導体装置の生産システム。
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