CN1218367C - 薄膜半导体器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

在形成非晶半导体膜后，在固相状态使其结晶，其后，照射非晶硅中的吸收系数比多晶硅中吸收系数大、其照射能量密度为至少使固相生长半导体膜表面熔化的强度以上、且其波长为370nm～710nm的脉冲激光，使半导体膜的一部分熔化。

Description

薄膜半导体器件的制造方法

技术领域

本发明涉及用约摄氏600以下较低温度形成结晶性能达到最佳的优异的多晶半导体膜的技术；尤其是有关使用该技术使以多晶硅薄膜晶体管为代表的半导体器件性能显著提高的制造方法。

背景技术

在可使用通用玻璃衬底的摄氏600度以下低温制造以多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFT)为代表的薄膜半导体器件的情况下，过去一直采取如下的制造方法。首先，在衬底上用低压化学气相堆积法(LPCVD法)堆积50nm厚的成为半导体膜的非晶硅膜。接着，在此非晶膜上照射XeCl激元激光(波长308nm)作成多晶硅膜(p-Si膜)。在XeCl激元激光的非晶硅和多晶硅中的吸收系数由于分别大到0.139/nm和0.149/nm，所以入射到半导体膜上的激光的9成被吸收到从表面至15nm以内。并且，非晶硅中的吸收系数比多晶硅中的吸收系数小7％。其后，用化学气相堆积法(CVD法)和物理气相堆积法(PVD法)形成成为栅绝缘膜的氧化硅膜。然后，用钽等作成栅电极，构成由金属(栅电极)—氧化膜(栅绝缘膜)—半导体(多晶硅膜)组成的场效应晶体管(MOS-FET)。最后在此等的膜上堆积层间绝缘膜，在打开接触孔后，用金属薄膜实施布线，完成薄膜半导体器件。

然而，在过去的薄膜半导体器件制造方法中，激元激光能量密度难于控制，即使根据能量密度的稍微变动，半导体膜质在同一衬底内也会显示出明显的偏差。并且，即便根据按膜厚和相应氢含量确定的阀值使照射能量密度稍微加大，在半导体膜上也要发生严重损伤，引起半导体特性和制品合格率的明显下降。这样，为了在衬底内获得均匀质量的多晶半导体膜，必须以最佳值低设定激光能量的密度，因此为了得到良好的多晶薄膜，能量密度不足也不行。而且，即使用最佳密度照射激光，使构成多晶膜的晶粒做大也困难，在膜中残留许多缺陷。根据这样的事实，提出为了用已有的制造方法稳定地制造p-Si TFT等的薄膜半导体器件，而不能以降低作成的薄膜半导体器件的电气特性为代价的课题。

根据上述事实，其目的在于提供一种制造方法，在用摄氏600度以下的低温工程稳定地制造性能最好的薄膜半导体器件。

发明内容

在本发明的扼要说明之后，再对本发明及其基础原理作详细说明。

根据本发明的一种薄膜半导体器件的制造方法，把以在衬底上形成的硅为主体的结晶性半导体膜作为有源层使用，其特征是，包括以下工序：半导体膜形成工序，在衬底上堆积以硅为主体的非晶半导体膜；固相结晶工序，以固相状态使该非晶半导体膜结晶得到固相生长半导体膜；和光照射工序，在该固相生长半导体膜上照射脉冲激光，以获得结晶性半导体膜；所述脉冲激光的在所述非晶硅的吸收系数大于在所述多晶硅的吸收系数；所述脉冲激光照射能量密度是至少使所述固相生长半导体膜表面熔化的强度以上。这时使用的脉冲激光波长为370nm以上，710nm以下。这样光的多晶硅的吸收系数比非晶硅的吸收系数大。还有，本发明的特征在于脉冲激光波长为450nm以上，650nm以下。据此，在脉冲激光的多晶硅中的吸收系数μ_DSi为从10^-2nm^-1到10^-3nm^-1。所谓半导体膜厚d(nm)和脉冲激光的多晶硅中的吸收系数μ_DSi(nm^-1)较好是满足关系式：

0.105μ_DSi ^-1＜d＜0.693μ_DSi ^-1。

最好是满足关系式：

0.405μ_DSi ^-1＜d＜0.693μ_DSi ^-1

为了使本发明适应液晶显示器等，希望衬底对可见光具有透明性。而且，不管如何应用，希望衬底对于脉冲激光大体上是透明的。所谓大体上透明意味着脉冲激光在衬底上的吸收系数为多晶硅的吸收系数的约十分之一以下，具体来说，衬底的吸收系数μ_Sub是10^-4nm^-1以下。通常，前面的非晶半导体膜的形成包括根据化学气相堆积法(CVD法)的堆积工序。在化学气相堆积法中尤其是低压化学气相堆积法(LPCVD法)乃至等离子化学气相堆积法适用于非晶半导体薄膜的堆积，而且，用高真空型低压化学气相堆积装置或高真空型等离子化学气相堆积装置可以说是理想的非晶半导体膜的堆积装置。所谓高真空型低压化学气相堆积装置典型的是指这样的成膜装置：半导体膜堆积前的环境真空度成为5×10^-7Torr以下，即使非晶半导体膜用1.5nm/min以下的慢的堆积速度形成，也能使非晶半导体膜中的氧原子浓度变成2×10¹⁸cm^-3以下。同样，所谓高真空型等离子化学气相堆积装置典型的是这样的成膜装置：半导体膜堆积前的环境真空度成为1×10^-6Torr以下，即使非晶半导体膜堆积速度为1nm/sec以下，  也能使非晶半导体膜中的氧原子浓度变成2×10¹⁶cm^-3以下。在以硅为主体的半导体膜上照射YAG2ω激光的情况下，较好是半导体膜厚在25nm以上165nm以下，最好是在25nm以上95nm以下。

固相结晶工序把形成非晶半导体膜的衬底插入热处理炉中，大体在热平衡状态下进行，或用快速热处理装置进行。在热处理炉中进行的情况下，热处理温度摄氏400以上700以下作固相结晶。

本发明中的光照射工序的理想脉冲激光波长为532nm。脉冲激光的Q开关振荡的固体激光(Q开关固体激光)高次谐波最好。作为Q开关固体激光媒体理想的是掺杂Nd离子的结晶和掺杂Yb离子的结晶、掺杂Nd离子的玻璃、掺杂Yb离子的玻璃等。从而，具体来说，把Q开关振荡的Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光的第二高次谐波(波长532nm)(简称YAG2ω)和Q开关振荡的Nd:YVO₄(掺钕钒酸钇)激光的第二高次谐波(波长532nm)，Q开关振荡的Nd:YLF(掺钕氟化钇锂)激光的第二高次谐波(波长524nm)，Q振荡的Yb:YAG激光的第二高次谐波(波长515nm)等作为脉冲激光使用最好。

光照射工序中，在固相生长半导体膜上照射脉冲激光时的半导体膜上的照射区域是宽度为W(μm)，长度为L(mm)的线形至略成长方形。在照射区域内，脉冲激光照射能量密度在长度方向大体成梯形分布。另一方面，宽度方向照射能量密度最好大体成梯形至大体成高斯函数分布。照射区域长度L对W之比(L/W)较好在100以上，理想的是1000以上。脉冲激光宽度方向的照射能量密度最大梯度值较好在3mJ·cm^-2·μm^-1以上。所取该脉冲激光宽度方向的照射能量密度的梯度最大值位置和所取脉冲激光宽度方向的照射能量密度最大值的位置如果大体一致，那么对于制造优良薄膜半导体器件来说是更好的。

这时，希望宽度W在1μm以上，6μm以下。脉冲激光在固相生长半导体膜上每次照射在宽度方向使照射区域错开，完成衬底整个面的照射。脉冲激光照射时的照射区域宽度方向与薄膜半导体器件完成工作时的有源层内的电流方向大体平行。在激光照射时，半导体膜上的任意一点在受到10次以上80次以下的脉冲激光照射的状态下实施激光照射工序。脉冲激光的固相生长半导体膜的照射能量密度是至少使固相生长半导体膜表面熔化的强度以上，可以说更好是使固相生长半导体膜厚度方向的三分之二以上熔化的强度。反之，照射能量密度的上限是使固相生长半导体膜的一部分消失的强度以下，理想的是使在固相生长半导体膜厚方向完全熔化的强度以下。具体来说，作为脉冲激光在使用波长为约532nm的光的情况下，脉冲激光固相生长半导体膜上的照射能量强度为100mJ·cm^-2以上，1500mJ·cm^-2以下，较好为600mJ·cm^-2以上，1500mJ·cm^-2以下，或100mJ·cm^-2以上，850mJ·cm^-2以下，最好是600mJ·cm^-2以上，850mJ·cm^-2以下。

本发明的薄膜半导体器件的制造方法，把在玻璃软化点温度从摄氏550到650这样低的耐热性玻璃衬底，或石英衬底这样高耐热性玻璃衬底等的各种透明衬底上形成的结晶的半导体膜作为有源层使用，其特征是，包括以下工序：半导体膜形成，在衬底上根据需要形成成为基底保护膜的氧化硅膜，在该基底保护膜上至衬底上堆积以硅为主体的非晶半导体膜；固相结晶，在固相状态下使该非晶半导体膜结晶，得到固相生长半导体膜；光照射，在这样形成的固相生长半导体膜上脉冲激光，获得结晶半导体膜；在照射工序中使用的脉冲激光其波长在370nm以上，710nm以下。这样的光，非晶硅吸收系数大于多晶硅的吸收系数。作为脉冲激光最好的是Q开关振荡的Nd:YAG激光的第二高次谐波。

在把本发明应用于液晶显示器时，衬底对于可见光最好是透光的，在这以外使用时最好衬底至少对脉冲激光大体上是透光的。具体来说，对于脉冲激光的衬底吸收系数作为最好条件是相对多晶硅的吸收系数的十分之一以下。这由于本发明采用严格调整在脉冲激光的半导体膜中的穿透率的技术，所以衬底的激光吸收系数相对半导体膜的吸收系数并不充分小，那么在衬底上产生激光损伤。在后述的情况中，为了获得高品质结晶半导体膜，必须使脉冲激光的强度和波长、半导体膜厚等最佳，再加上衬底相对脉冲激光必须大体上是透光的。实际上，衬底的脉冲激光吸收系数如果是半导体膜的吸收系数的十分之一以下，那么在衬底内吸收激光的层厚为半导体膜厚的十倍以上。用这样的衬底，吸收光的体积增大，所以与此相应热容量也增加，当然在一定程度上成能抑制衬底温度的上升。换言之，为了制成不损伤衬底和薄膜半导体器件，使性能优良的薄膜半导体器件，衬底必须满足上述光学特性条件。

在半导体膜形成工序中，在衬底至在衬底上形成的基底上形成的基底保护膜上堆积以硅为主体的非晶半导体膜。作为半导体膜可使用以硅膜和硅锗膜(Si_xGe_1-x：0＜x＜1)为代表的半导体材料，以硅作为其主要构成元素(硅原子构成比为80％以上)。衬底在液晶显示器中通常使用透明无碱玻璃，或透明结晶玻璃，还使用石英玻璃和陶瓷等的绝缘性衬底，但如果衬底耐热性(玻璃衬底情况下的软化点温度)在摄氏650以上，那么种类不限。在除高纯度石英玻璃外作为衬底使用的情况下，在这些衬底表面上作成对半导体膜的基底保护膜，最好堆积氧化膜100nm～10μm。

作为基底保护膜的氧化硅膜不仅采取半导体膜和衬底的电绝缘性，或防止衬底含有的杂质往半导体膜扩散混入，而且使基底氧化膜和结晶半导体膜的界面的纯度都高。在本发明中，薄膜半导体器件的半导体膜具有10nm～200nm的厚度，通过半导体膜厚的方向的所有范围能带扭曲的情况下(相当于SOI完全耗尽模式)成为主要对象。在该情况下，栅绝缘膜和半导体膜的界面以及基底保护膜和半导体膜的界面忽视电传导参与。由于氧化硅膜是在成为与半导体膜成的界面时可大大降低界面俘获能级，所以当然适合于作为基底保护膜。在该基底保护膜上形成半导体膜。

因此，作为基底保护膜本发明要求使用在与半导体膜的界面上具有10¹²cm^-2以下的界面能级的氧化硅膜。再有，在本发明中，与已有技术相比较，由于在半导体膜下部也高温加热的趋势强，所以，容易产生来自衬底的杂质扩散。为了防止这一点，在本发明中为了用使用高纯度半导体膜制造优良的半导体器件，把密度高的氧化硅膜作为基底保护膜使用是不可缺少的。象这样的氧化硅膜其液温为25±5℃浓度为1.6±0.2％的氟氢(HF)酸水溶液的蚀刻速度为1.5nm/s以下。通常，基底保护膜用等离子化学气相堆积法(PECVD法)和低压化学气相堆积法(LPCVD法)、溅射法这样的堆积法形成。所有这些中为了制成特别适合于本发明的基底保护膜，在PECVD法中最好用电子回旋加速器共振PECVD法(ECR-PECVD法)和螺旋PECVD法、遥控PECVD法。

而且，为了使用工业用(13.56MHz)频率和其整数倍的频率的通用PECVD法得到适合于本发明的氧化硅膜，使用TEOS(Si-(O-CH₂CH₃)₄)和氧(O₂)作为原料物质，只要把氧的流量设定成TEOS流量的5倍以上堆积氧化硅膜就行。或使用硅烷(SiH₄)和氧化亚氮(N₂O)作为原料物质，使用氦(He)至氩(Ar)这样的惰性气体作为稀释气体，使总气体流量中的惰性气体的比例在90％以上(即，总气体流量中原料物质的比例小于10％)，只要堆积氧化硅膜就行。这时，衬底温度最好在摄氏280℃以上。当衬底由高纯度石英组成时，虽然合用基底保护膜和石英衬底也行，但是要常使表面状态一致，为了使半导体膜品质变动最小，最好用上述方法形成基底保护膜。

在基底保护膜上堆积处于非晶状态的半导体膜。在半导体膜的堆积中，可用等离子化学气相堆积法(PECVD法)和低压化学气相堆积法(LPCVD法)、常压化学气相堆积法(APCVD法)、溅射法这样的各种气相堆积法，但是，从高纯度半导体膜容易堆积这一点来看，其中尤其低压化学气相堆积法和等离子化学气相堆积法较为适合。

用低压化学气相堆积法堆积以非晶硅为代表的硅为主体的非晶半导体膜时，最好把高次硅烷(Si_nH_2n+2；n＝2，3，4)作为原料气体之一使用。从价格和安全性来考虑，作为高次硅烷，乙硅烷(Si₂H₆)最好。若乙硅烷适合于低压化学气相堆积法，那么，在摄氏425度以下的低温下用比0.5nm/min快的堆积速度可制造出高纯度非晶硅膜。为了得到适合于本发明的优质非晶半导体膜，堆积温度和速度的控制是重要的。堆积温度在摄氏430度以下，堆积速度为0.6nm/min以上的状态下必须确定乙硅烷流量和成膜时的压力。低压化学气相堆积法用高真空型低压化学气相堆积装置进行。这可提高半导体膜的纯度，使因杂质引起结晶核产生变得最少，在本发明中，最后得到的结晶性半导体膜是成高纯度且大晶粒组成的状态。尤其在本发明中，不仅使杂质引起的结晶核密度最少，在固相结晶工序中得到大颗粒直径的多晶固相生长半导体膜，而且，在光照射工序中，由于还考虑半导体膜厚度方向完全熔化的状况，若使杂质引起的结晶核发生最少，那么使用适合于熔化结晶的激光，可促进在完全熔化的部位朝横向结晶生长。在已有技术中，由于不控制杂质量和不适合的激光，所以完全熔化的部位尽管由微晶粒构成，但是，这在本发明中，当然得到在完全熔化部分都能得到由大晶粒组成的多晶半导体膜。

所谓高真空低压化学气相堆积装置是指这样的装置，典型的是在半导体膜堆积之前的环境真空度为5×10^-7Torr以下，即便非晶半导体膜以低于1.5nm/min的堆积速度成形，也能使非晶半导体膜中的氧原子浓度低于2×10¹⁶cm^-3。这样的高真空型低压化学气相堆积装置成膜室的气密性优异，同时，成膜室的排气速度具有在120sccm/mTorr(使惰性气体流入120sccm成膜室时得到的平衡压力为1mTorr的排气速度)以上的高排气能力，这更是所希望的。在具有这样高排气能力的装置中，用小于1小时的较短时间充分降低来自衬底的脱气流量，保持高的生产率，能作高纯度半导体薄膜的堆积。

在使用衬底面积为2000cm²以上某大型衬底的情况下，低压化学气相堆积法难于适应。在这种状况下，堆积非晶半导体膜时用高真空型等离子化学气相堆积装置。典型的是指这样的成膜装置，在半导体膜堆积前的环境真空度成为1×10^-6Torr以下，即便是用多晶半导体膜的堆积速度为1nm/sec以下的低速度堆积的非晶半导体膜，使半导体中的氧原子浓度成为2×10¹⁶cm^-3以下。作为高真空等离子化学气相堆积装置，在比其大的另外的室内设置进行等离子处理的成膜室的等离子箱型PECVD装置适合。所谓等离子箱型PECVD装置是这样一种热壁型等离子化学气相堆积装置，根据成膜室作成双重真空结构，具有提高成膜室真空度的效果，同时，加热成膜壁面整体，在成膜时壁面温度和衬底温度大体一样。借此，使由成膜室脱掉的杂质量最少，还确认提高真空度的效果。

非晶半导体膜堆积时的环境真空度这样得到提高，由于从壁面脱掉的气体量减少，所以堆积的半导体膜的纯度提高，给薄膜半导体装置带来与在前面低压化学气相堆积法中说明的同样效果。高真空型等离子化学气相堆积装置的环境真空度虽然比高真空型低压化学气相堆积装置的环境真空度差，但是，由于可使半导体膜的堆积速度加快到0.1nm/sec以上，所以明显降低半导体膜中的杂质浓度。在半导体膜成膜原料气体中使用硅烷(SiH₄)至乙硅烷(Si₂H₆)，成膜时的衬底温度在摄氏100和450度之间。由于衬底温度高的非晶半导体膜中所含的氢量减少，所以，可稳定地进行后面的固相结晶工序。理想的是非晶膜堆积时的衬底温度在摄氏250到450度之间。如果比250度高，那么在非晶膜中所含的氢量降低到8atm％以下，固相结晶工序可稳定地进行。如果比450度低，那么构成非晶膜的晶粒变大，结晶此非晶膜时得到的多晶膜的晶粒也变大。更理想的是，在400度以下时非晶粒加大。在固相结晶时，为了防止根据氢离的半导体膜的剥离，半导体膜中所含的氢量最好规定在5atm％以下，其中成膜时的衬底温度规定为摄氏280以上，并且，使成膜速度在0.5nm/sec以下。为了进入半导体膜中的杂质最少，要求成膜速度在0.1nm/sec以上。结果，本发明最佳非晶膜的堆积条件规定堆积时的衬底温度在摄氏280到400之间，并且，成膜速度规定为在0.1nm/sec和0.5nm/sec之间。

这样，在得到非晶半导体膜后，在固相状态下使该非晶半导体膜结晶，形成固相生长多晶半导体膜(固相结晶工序)。将形成非晶半导体膜的衬底插入热处理炉中在大致热平衡状态下进行非晶膜的结晶，或通过快速热处理装置进行。在用热处理炉进行的情况下，在热处理温度为摄氏400度至700度条件下进行固相结晶。如考虑生产率，较好的热处理温度为摄氏500度以上，从形成大晶粒的角度来看，650度以下较好。在象这样温度范围的固相结晶中，构成非晶膜的非晶粒大小和构成多晶膜的晶粒大小关系极大。换言之，当由大的非晶粒组成的非晶膜在上述热处理温度范围中以固相结晶，那么得到由大晶粒组成的固相生长多晶膜。在作结晶时的热处理温度低时限制结晶核的生长，因此得到由更多晶粒组成的多晶膜，但是，与此相应结晶结束的时间也长。热处理温度设定成在摄氏500到650度之间尽可能低，理想的是设定在550到600度之间的规定温度。该固相结晶最好在含有从约10ppm到约10％的氧的氧化气氛中进行。根据这样的工艺在固相生长时在半导体膜表面形成薄的氧化膜。氧化膜的形成引起半导体原子团和氧化膜原子团的晶格失配，在结晶生长时对半导体膜涉及强应力。该强应力促进半导体原子的移动，其结果，减少在固相生长多晶膜上固有积层缺陷和双晶缺陷。换言之，使最后得到的薄膜半导体器件的阀值电压和分阀电压下降，影响到获得具有良好开关特性的薄膜半导体器件。

这样，在得到固相生长多结晶半导体膜之后，作为照射工序，在该固相生长半导体膜上照射脉冲激光，至少使半导体膜的表面熔化，进行多晶半导体膜的再结晶。通过固相结晶工序获得的固相生长多晶膜根据控制成膜条件由晶粒粒径从2μm到5μm的最大晶粒组成。然而，这些固相生长膜在晶粒内部因扩展量(约1×10¹⁸cm^-3)含有积层缺陷和双晶缺陷(图1a)。因此，在本发明中，作为光照射工序保持大的晶粒，使这些内部缺陷减少。在光照射工序中，在固相生长多晶膜上照射脉冲振荡的激光，使半导体膜的一部分(主要是半导体膜的厚度方向的上层部分)熔化(图1b)。这时半导体膜的膜厚方向整体不熔化，使与基底保护膜的界面附近的一部分作为原来的固相生长多晶膜留下。于是，在冷却固化时，该残留固相生长膜成为结晶源，进行保持原来固相生长多晶膜的结晶粒径的再结晶。这样，再结晶后的晶粒直径也与最初一样从2μm到5μm的大小。另一方面，本发明的固相生长膜的内部缺陷受趋向与衬底平行的成分所支配，并且，熔化结晶时的残留固相生长多结晶膜的温度由于上升到接近硅熔化温度摄氏1414度，所以，残留固相生长多晶膜中的结晶缺陷在熔化结晶工序中大大降低。加之，熔化结晶依赖于从10到80次的重复，残留固相生长膜中的缺陷随着熔化结晶的重复而明显减少。这样，可形成结晶缺陷极少的残留固相生长多结膜，将这些作为结晶生长源，进入冷却过程，所以经过图1b部分熔化状态，晶粒内的大部分缺陷可消失，其结果，能获得大粒直径内部缺陷极少的多结半导体膜(图1c)。

作为照射光虽然也可用连续振荡的材料，但使用脉冲振荡的激光更好。在连续振荡的激光照射中，半导体膜处于经过数毫秒长时间的熔化状态下。因此，容易通过气相使杂质混入膜中，或容易产生表面粗糙。对此，用每次照射能移动适当距离的脉冲振荡，熔化时间在数百微秒以下，所以可获得高纯度表面平滑的多晶性半导体薄膜。

在半导体膜上照射激光时，使用波长λ在370nm～710nm的脉冲激光。在这些光的非晶硅中及多晶硅中的吸收系数如图2所示。图2的横轴表示波长，纵轴表示吸收系数。虚线(Amorphous Silicon)表示非晶硅，实线(Polysilicon)表示多晶硅。从图2了解到，在370nm～710nm波长区域内吸收系数是非晶硅中的高于多晶硅中。换言之在固相生长多晶半导体膜上照射光的非晶硅的吸收系数大于多晶硅的吸收系数的脉冲激光。例如，波长为532nm的Nd掺杂YAG的第二高次谐波(简写为YAG2ω光)的非晶硅的吸收系数μ_aSi和多晶硅的吸收系数μ_DSi分别为：

μ_aSi(YAG2ω)＝0.01723nm^-1

μ_DSi(YAG2ω)＝0.00426nm^-1

非晶硅的吸收系数比多晶硅的吸收系数大4倍多。固相生长多晶膜从微观来看由结晶成分和非结晶成分组成。所谓结晶成分可以说是在晶粒内积层缺陷等的缺陷比较少的部位，处于结晶良好状态的位置。另一方面，所谓非晶成分可以说是看到结晶粒界和结晶粒内的缺陷部分等的机构规律明显紊乱的部位，处于接近所谓非晶的状态的部位。在照射激光进行结晶的熔化结晶中，非熔化部成为冷却固化过程中的结晶生长核。具有高结构次序的结晶成分如果成为结晶生长核，那么从该处生长的结晶依然成为具有结构次序的良好结晶膜。反之，如果结构次序紊乱的部位成为结晶生长核，那么由于积层缺陷等在冷却固化过程中从该处发展，所以最后获得的结晶膜成为包括缺陷等的低质物。

从而，为了获得优良的结晶膜，不使固相生长多结晶膜中的结晶成分熔化，把这作为结晶生长核，只要优先熔化非晶成分就行。在本发明中，照射激光的非晶硅的吸收系数大于多晶硅的吸收系数，所以非晶成分与结晶成分比要优先加热。结果，晶界和缺陷部位的非晶成分容易熔化，其一处于大体单晶状态的优质结晶成分残留不熔化，成为结晶生长源，所以在冷却过程中形成结晶缺陷极少的优良晶粒。这样，缺陷和不成对的偶合对大大减少，晶体边界也受结构次序高的对应晶界支配。该现象若根据半导体膜的电气特性产生，那么带来大大减少能带图中的禁带中央部分附近的俘获能级密度效果。

并且，这样的半导体膜如用于薄膜半导体器件的有源层(源极区域和漏极区域、沟道形成区域)，那么，关闭电流值小，显示尖顶阀值下特性(分阀摆动值小)，可获得阀值电压低的晶体管。在已有技术中，之所以不容易制造出这样优良的薄膜半导体器件要归因于，没有使用在固相多晶膜的熔化结晶中具有适当波长的激光，使结晶成分与非结晶成分一起熔化。这里所述的本发明原理最有效的作用是在多晶硅中的吸收系数比非晶硅中的吸收系数(μ_DSi/μ_aSi)大时产生。看图2了解到光波长450nm～650nm时该比率大。从而，可以说在本发明的光照射工序中，理想的脉冲激光波长为450nm～650nm。在波长为450nm的光的多晶硅中的吸收系数μ_DSi为1.127×10^-2nm^-1，波长为650nm的光的多晶硅中的吸收系数μ_aSi为8.9×10^-4nm^-1。因此，照射波长为450nm～650nm的脉冲激光的光照射工序，成为使用作为脉冲激光在多晶硅中的吸收系数μ_DSi大概变成10^-3nm^-1～10^-2nm^-1的工序。

最后为了获得良好结晶半导体膜，由于激光的振荡稳定性是最重要的，所以最好脉冲激光用Q开关振荡的固体发光元件形成。(在本申请中将此称为固体激光)在已有的激元激光中，在激光振荡室内的氙(Xe)和氯(Cl)等的气体的不均匀性和气体本身差或由于卤素产生的室内腐蚀等原因，振荡强度偏差约5％，还确认为振荡角的偏差约5％。由于振荡角度的偏差带来照射区域面积的偏差，所以结果半导体体膜表面的能量密度(每单元面积的能量值)总计变动在10％以上，这是妨碍制造优良半导体器件方面的一个主要障碍。

并且，激光振荡长期稳定性也缺乏，引起了薄膜半导体器件的批量间变动。对此，在固体激光中存在这样的问题，所以，激光振荡极为稳定，在半导体膜表面的能量密度的变动(相对平均值的标准偏差比)约小于5％。为了更有效地应用本发明，要求使用在该半导体膜表面的激光能量密度变动小于5％的固体激光。还有，固体激光使用产生使薄膜半导体制造时的批量变动量最小的效果，和从已有频繁地进行烦杂的气体交换作业中解放了半导体器件的制造过程，其效果导致薄膜半导体器件制造时的生产率提高和成本的降低。前面波长和吸收系数要求和固体激光要求可同时满足的是把钕(Nd)添加在氧化钇(Y₂O₃)和氧化铝(Al₂O₃)和双氧化物中的钕添加的钇铝石榴石(Nd:YAG)激光的第二高次谐波(YAG2ω光，波长532nm)。从而，在本发明的光照射工序中把半导体膜表面的能量密度变动小于5％的YAG2ω光照射在半导体膜上最好。作为Q开关固体激光的激光媒体最好是掺杂Nd离子的结晶和掺杂Yb离子的结晶，掺杂Nd离子的玻璃，掺杂Yb离子的玻璃等。因此具体来说，除了YAG2ω外，把Q开关振荡的Nd:YVO₄激光的第二高次谐波(波长532nm)，Q开关振荡的Nd:YLF激光的第二高次谐波(波长524nm)，Q开关振荡的Yb:YAG激光的第二高次谐波(波长515nm)等作为脉冲激光使用最好。

因此，在半导体膜中，吸收光，其入射光强度以指数函数衰减。现在，说入射光强度为I_<0>，设离以硅为主体的多晶硅半导体膜中的表面距离为x(nm)、在场所x的强度I_<x>为，那么在这些之中使用吸收系数μ_DSi时下式成立：

I_<x>/I_<0>＝exp(-μ_DSi·x)                 ……式1

在吸收系数μ_DSi为10^-3nm^-1的情况下和10^-2nm^-1的情况下，以及作为本发明的脉冲激光最好的Nd:YAG激光的第二高次谐波(YAG2ω光)的情况下，和已有技术XeCl激元激光情况下将1式的关系表示在图3中。为了使硅膜有效地被加热，由于入射的光必须至少有约10％被半导体膜吸收，所以，在图3中，成为其条件的0.9位置引出横虚线。而且，光强度意味着照样在硅上施加的热量，所以图3还表示在激光照射时的硅膜中的温度分布。根据申请人等的研究，在已有的激元激光照射中，一方面半导体膜的表面受到激烈的损伤，另一方面在其下部残留低品质的半导体层。优良的多晶半导体膜不能通过已有技术获得的理由是在其半导体膜表面和下部之间存在的大的温度差。在表面不发生损伤，并且，在半导体膜厚方向大体全部比较均匀地被加热熔化是半导体膜下部的光强度是入射光强度约一半以上时。在满足该条件时表面和下部的温度差变小。于是在图3中，在成为光强度表面的一半的0.5位置上也划横虚线。从而，有效地加热以硅为主体的半导体膜，并且，在半导体膜上不引起损伤，所以，在整个膜厚进行良好地结晶的条件为夹着图3的0.9横虚线和0.5横虚线的区域。了解到已有技术的XeCl激元激光由于入射光几乎都被半导体膜表面吸收，所以，适合于根据激光照射产生的半导体膜质改善的半导体膜厚限于1nm～4nm。了解到对此在本发明条件下通过宽的膜厚范围进行固相生长多结晶膜熔化再结晶和随其的膜质改善。

在本发明中，在脉冲激光照射的半导体膜区域内，在半导体膜的下部残留极薄的固相生长多晶膜，使其他部位熔化，通过残留固相生长多晶膜生长结晶(图1b)。另一方面，半导体膜的熔化深度大致根据照射激光能量密度确定。然而不管是怎样的激光装置，在每次照射中也必须改变能量密度。使用固体激光情况下的本发明与已有技术相比较可以说激光振荡明显地稳定，仍然不例外，即使施加应使极薄固相生长多晶膜残留的激光照射，根据其能量的稍微变化，半导体膜整体熔化的完全熔化状态也可根据一定的概率基础发生。因此，不管使用这样的激光，结晶也沿温度梯度生长。通常，薄膜半导体器件中使用的半导体膜的厚度约为30nm～200nm。如前所述，在根据已有的XeCl激元激光的结晶中，在半导体膜表面的约4nm以内几乎都吸收光，即使完全熔化状态，也只是表面附近加热引起，在熔化的半导体膜内产生在上下方向很陡的温度梯度(图4a-1)。因此，结晶核主要在下侧界面上产生得多，晶粒从半导体膜的下部向表面生长。

这样，在经完全熔化状态的激光照射之后得到的多晶膜最终由细小的晶粒构成(图4a-2)。(这样在已有技术中，从下到上由于细小晶粒生长许多，所以，因半导体膜中杂质引起的晶核的存在不成为那样重要问题。)对此在本发明中，由于照射具有在熔化结晶中最适合的吸收系数的激光，所以半导体膜在膜厚方向大致均匀地被加热。其结果，在激光照射区域的端部，温度梯度横向产生(图4b-1)，结晶与其上下方向不如横向生长。即改变激光能量密度，即使处于完全熔化状态，产生横生长在完全熔化部不形成微小结晶，代之生长大晶粒(图4b-2)。即使在照射区域内的端部以外处因上下方向温度差小，在半导体膜下部的晶核产生的概率也比已有的完全熔化状态明显降低，平均构成多晶半导体膜的晶粒要比过去的大。这样即使处于完全熔化状态，在本发明也可能根据横生长获得比较大的晶粒。促进向横向结晶生长在半导体膜表面上下部的光强度在不是那样变化时，根据实验，半导体膜下部的光强度是入射光强度约三分之一以上的情况。因此，在图3中，在横生长容易发生的条件0.667位置上也画横虚线。从而，有效地对以硅为主体的固相生长半导体膜加热，并且，还在横生长时，由横生长产生大晶粒组成的结晶半导体膜形成条件成为夹在图3中的0.9的横虚线和0.667横虚线中的区域。当然，由于为了加大晶粒，除这里所述的温度梯度外，还必须抑制根据杂质的结晶核，所以在用基底保护膜和半导体膜形成工序中的半导体膜等堆积中还要求对前述的照料。

看图3了解到，即使吸收系数为10^-3nm^-1～10^-2nm^-1，也不会获得总厚度优良的结晶性半导体膜。例如，用YAG2ω光(吸收系数μ_DSi＝4.26×10^-3nm^-1)对硅膜作有效地加热的半导体膜厚度约为25nm以上时，表面无损伤的整体膜厚大体被均匀地加热的半导体膜厚是在165nm以下时。并且，在完全熔化时也是在产生横生长保持大晶粒的半导体膜为95nm以下时。从而，在以硅为主体的固相生长的半导体膜上照射YAG2ω激光时最佳半导体膜的厚度为25nm～165nm，较好的是25nm～95nm。在这样使用的激光的多晶硅中的波长和相应吸收系数，最佳半导体膜厚度不同。具体来说，有效地加热硅膜，并且，表面无损伤地在膜厚方向大体均匀地加热，在式1中，设半导体膜厚x为d，则I_<d>/I_<o>相当于在0.5和0.9之间的条件。

0.5＜I_<d>/I_<o>＜0.9                          ……式2

使用式1解式2得到有关d(nm)则得到关系式3

0.105·μ_DSi ^-1＜d＜0.693·μ_DSi ^-1        ……式3

同样有效地加热硅膜，并且在完全熔化时横生长保持大晶粒的I_<d>/I_<o>在0.667和0.9之间时有得到如下关系式4

0.405·μ_DSi ^-1＜d＜0.693·μ_DSi ^-1        ……式4

半导体膜厚d(nm)和在该半导体膜上照射的脉冲激光的多结硅中的吸收系数μ_DSi(nm^-1)在满足所述式3至4时，一定会获得优良的结晶半导体薄膜，从而当然也能制造优异的薄膜半导体器件。

考虑到图2所示的光的光波长和吸收系数的关系，图5重新描绘波长和以硅为主体的半导体膜厚关系，即有上述式3和4的关系。根据图5的三角标号上的区域加热半导体薄膜，在圆标号下面区域不产生表面损伤，在半导体膜厚度方向会存在比较均匀地加热全体的照射能量密度。而且，由于四角标号下的区域上下温度差变小，所以在完全熔化时促进向结晶横向生长。在图5中，还分别用直线近似圆标号和四角标号。使用这些近似直线，在照射激光的波长λ为440nm～710nm的情况下，波长λ和膜厚d如果满足与

9.8×10^αL2(λ-440)＜d＜53×10^αH2(λ-440)         ……式5

其中，αL2＝4.9×10^-3nm^-1

      αH2＝5.4×10^-3nm^-1

的关系式，那么，有效率地加热以硅为主体的半导体薄膜，并且，无表面损伤在半导体膜厚的方向均匀地加热薄膜大致整体。例如，在把YAG2ω作为激光使用的情况下，由于波长为532nm，所以满足该条件的半导体膜厚为28nm～166nm.。还有膜厚d和波长λ如果满足与

9.8×10^αL2(λ-440)＜d＜32×10^αM2(λ-440)      ……式6

其中，αL2＝4.9×10^-3nm^-1

      αM2＝5.2×10^-3nm^-1

的关系式，那么，有效率地加热以硅为主体的半导体膜，并且，在完全熔化时 ，还更理想地促进朝结晶横向生长。如果把YAG2ω作为激光使用的情况下，那么，在半导体膜厚为28nm～96nm时满足该条件。

同样，在照射激光的波长λ为370nm～440nm的情况下，波长λ和膜厚d如果满足与

2.4×10^αL1(λ-370)＜d＜11.2×10^αH1(λ-370)    ……式7

其中，αL1＝8.7×10^-3nm^-1

      αM1＝9.6×10^-3nm^-1

的关系式，那么有效率地加热以硅为主体的半导体薄膜，并且，无表面损伤在半导体膜厚的方向均匀地加热薄膜大致整体。波长λ和膜厚d如果满足与

2.4×10^αL1(λ-370)＜d＜6.0×10^αM1(λ-370)    ……式8

其中，αL1＝8.7×10^-3nm^-1

      αM1＝1.04×10^-2nm^-1

的关系式，那么有效率地加热以硅为主体的半导体薄膜，并且，在完全熔化时还更好地促进向结晶横向的生长。

为了得到优良的结晶半导体薄膜，在脉冲激光的半导体膜上照射能量密度的控制也很重要。换言之，为了制造优异的半导体器件，必须把照射能量密度控制在适当范围内。首先为了促进熔化结晶，为熔化被照射半导体膜的至少一部分，必须有充分强度的脉冲激光。这是在半导体膜上的脉冲激光照射能量密度的适当范围的最下限值(通常由于表面熔化的照射能量密度相当于该值，所以在本说明书中将此简称为表面熔化能量密度(E_SM))，再根据实验，在脉冲激光能量密度使被照射半导体膜厚方向的体积成分的三分之二以上熔化时获得的最好结晶半导体膜，因此，把这样的结晶半导体膜作为有源层使用的半导体器件电气特性优异。这样，本发明的脉冲激光使从在固相生长多结晶膜内存在的非晶成分等的结构顺序紊乱部分优先开始熔化，同时，有选择地留下高品质结晶成分，还有，为了促进在薄膜厚度方向的大体均匀熔化，重复使三分之二以上熔化的工序一些次，即使用最少的照射次数也能获得优良的结晶膜。因此，最好下限值是使半导体膜的膜厚方向的体积成分的三分之二以上熔化的照射能量密度。(在本说明书中将该照射能量密度称为2/3熔化能量密度(E_{2 /3}))。

适当的照射能量密度还存在上限值。当半导体膜表面的激光能量密度太高时，由于半导体薄膜消失，所以当然激光能量密度必须小于引起消失(Abrasion)的值(在本说明书中将引起消失的照射能量密度为消失能量密度E_Ab)，该值成为最上限值。而且，即使不发生全面消失，当半导体膜厚度方向全体被熔化(在本说明书中将该照射能量密度简称为完全熔化能量密度(E_CM))，易于发生半导体膜的部分消失。这是在半导体器件制成时引起缺陷导致合格率降低的主要原因，所以这是很不好的。还有，当在半导体膜的宽范围内产生完全熔化时，失去了随完全熔化的微结晶以横生长的补偿，因此，在激光照射后得到的结晶性半导体膜由微晶粒组成的成分变多。这样组成的薄膜半导体器件的电气特性也不优良。因此，为了制造更优良的薄膜半导体器件，在半导体膜表面上的脉冲激光能量密度希望仅比半导体膜厚度方向整体完全熔化的值低。这成为对于适当照射能量密度的理想上限值。

结果，在把波长λ为370nm～710nm以下作脉冲振荡的固体激光照射在具有满足从5式到8式关系厚度的硅作为主体的固相生长多晶体半导体膜上，作成薄膜半导体器件的情况下，在固体激光的半导体膜上所需的照射密度成为表面熔化能量密度(E_SM)以上消失能量密度(E_Ab)以下。可以说更好是表面熔化能量密度(E_SM)以上完全熔化密度(E_CM)以下，或是2/3熔化能量密度(E_2/3)以上消失能量密度(E_Ab)以下，理想的是2/3熔化能量密度完全熔化能量密度(E_CM)以下。具体来说，固体脉冲激光为Nd:YAG激光的第二高次谐波，以在透明衬底上形成的硅为主体的半导体膜厚为28nm～96nm的情况下的半导体膜表面的YAG2ω脉冲激光照射能量密度(x轴)和被照射半导体膜熔化的体积成分(y轴)关系如图6所示。从图6了解到，在那样的条件下，由于

E_SM＝100mJcm^-2

E_CM＝850mJcm^-2

E_Ab＝1500mJcm^-2

所以，被照射半导体膜厚方向的体积成分的三分之二熔化的照射能量密度成为

E_2/3＝600mJcm^-2

所以可以说，YAG2ω光的半导体膜的理想照射能量密度为100mJcm^-2～1500mJcm^-2更好为100mJcm^-2～850mJcm^-2，或600mJcm^-2～1500mJcm^-2，理想的是600mJcm^-2～850mJcm^-2。

本发明的光照射工序虽然包括多量的结晶缺陷，但是在由大晶粒构成的固相生长多晶半导体膜上照射脉冲激光，维持了原来的固相生长半导体膜的晶粒直径，并且，以使结晶缺陷大大降低为目的。因此，最好使用激光振荡稳定性好的固体激光，以仅比完全熔化能量密度低的能量密度照射在非晶成分中吸收系数比在结晶成分中吸收系数大的激光。这时如果吸收系数和半导体膜的关系设定成最佳，那么，即使一旦完全熔化发生，也能防止因根据横生长产生1μm～3μm的晶粒而微晶化。

在处于完全熔化状态时为了有效地应用向该横向的结晶生长，除前述的条件外，对脉冲激光照射半导体膜表面区域形状的控制也是重要的。例如，照射区域如图7a所示是圆形的，设想从中心到外侧激光强度减少的情况(图7b)。这时的结晶由于从温度低的外周向高温中心生长，所以各晶粒随着生长相互碰撞，决不可能形成晶粒。加之，即使取半导体器件的激活区方向(如果FET是源极、沟道、漏极方向，如果双极性晶体管是发射极、源极、集电极方向)的任一个，在激活区内一定出现多的晶界，用这样的照射区域形状作激光照射，即使制成薄膜半导体器件，也不可能得到品质优异的半导体器件。相反在本发明中，将照射区域设定成宽度W(μm)、长度L(mm)的线状以至大体长方形(图8a)。

在照射区域内的长度方向的断面(图8a的A-A’断面)中激光照射能量密度除了照射区域端部(图8b，+L/2附近)外大致同样分布(图8b)，具体来说，除去长度方向左右各个端部5％的中央部90％以内的能量密度变动(对平均值的标准偏差之比)在5％以下。另一方面，在照射区域内的宽度方向断面(图8a的B-B’断面)的激光照射能量密度大致成梯形(图9a)，或大致成高斯函数形(图9b)。所谓宽度方向断面略成高斯函数形，宽度方向的激光强度(图9b)实际上不仅包括以高斯函近似得到的分布形状，而且还包括其强度从中心(图9b的0点)到以可微分函数端部区域(图9b的±W/2附近)平滑地减少的分布形状。在宽度断面略显梯形(图9a)的情况下，最好是能量分布变动量在5％以下的中央平坦区域的比率为30％～90％。因此，上下各端部区域(图9a的±W/2附近)成为5％～35％。例如，在宽度为100μm情况下，中央区域是30μm～90μm，上下各端部区域希望是5μm～35μm。用固相生长半导体膜有效地减少缺陷，为了一旦在完全熔化的情况下也能通过横生长防止微晶化，最好取宽度方向照射能量密度梯度的最大值的位置和取宽度方向的照射能量密度的最大值的位置大体一致。完全熔化的照射能量密度是最大位置，该处照射能量密度梯度如果是最大，那么，是为了最好地促进横生长。在象这样的本发明中，认为理想的宽度方向断面是梯形型(图10a)以至富士山函数型(图10b)的激光强度分布。

为了在半导体膜完全熔化时促进横向生长，除了认为激光光源的选择和适合于此的半导体膜厚的确定的膜厚方向结晶生长的抑制外，膜的水平方向生长的控制也很重要。具体来说，通过使对于线上以至长方形激光照射区域的长度(简称照射长)L的宽度(简称照射宽度)W之比(L/W)和照射区域的扫描方法最佳化，才有可能向要求的方向结晶生长。首先，设定对照射长度L的照射宽度W之比(L/W)大于100。该比如果在100以上，那么，各照射时的温度梯度在照射区域的长度方向几乎不产生。主要在宽度方向(图8a的B-B’方向)产生。其结果，结晶表示向照射区域的宽度方向一维横生长。照射宽度W最好是5μm～500μm，所以若考虑到生产率，该比(L/W)在100以上，理想的是，1000以上。接着在宽度方向每次照射错开这样形状的照射区域，作衬底全面的扫描。在完全熔化时结晶在照射宽度方向生长，所以一旦在宽度方向错开照射区域，若干晶粒还在宽度方向连接。采取这样的照射方法，构成最后取得的结晶半导体膜的晶粒平均在照射的宽度方向(图8a的B-B’方向)变大。因此，在照射宽度方向取薄膜半导体器件的激活区域的方向(如果是MOSFET，则为源极、漏极方向，如果是双极性晶体管，则为发射极、集电极方向)，在激活区域内(MOSFET沟道形成区域内，或双极性晶体管的发射极、基极接合区域和基极区域，以及基极、集电极接合区域)晶界不存在，或纵令晶界存在，其数量也甚微，可实现这样优异的半导体器件。

在衬底上扫描激光照射区域时每次照射错开区域量(将此简称为错开量)一次照射横生长结晶大小(将此简称为结晶生长尺寸)最好作以下规定。理想的错开量是结晶生长尺寸一半以下。在这样的情况下，即使以完全熔化状态的激光能量密度的照射连续多次，将结晶向薄膜半导体器件的激活区域方向连接结晶的概率明显加大。在作为激光源使用YAG2ω光的情况下，结晶生长尺寸通常为1μm～3μm。因此，错开量如果为3μm以下，则结晶可能连接，如果在2μm以下，则其概率进一步增加。结晶生长尺寸通常不仅确定为约3μm，而且，其根据某概率函数分布。如果结晶尺寸还通常取大值，那么，还可取得同样小的值。为了即使结晶生长尺寸小至约1μm也能可靠地连接晶粒，换言之，为了即使对几乎所有结晶生长尺寸值也能可靠地连接晶粒，设定错开量约为1μm以下。理想的是0.5μm以下。如果错开量成为0.1μm以下，则即使使YAG2ω光以达到20kHz的高次谐波作脉冲振荡，扫描速度也慢到2mm/sec以下。为了处理所谓500mm状态的大型衬底，当考虑到生产率时使扫描速度慢到2mm/sec以下不现实。因此，错开量的下限值认为0.1μm。比起连接晶体来如果使生产率优选考虑，那么错开量的上限值约25μm。

为了制成优异的薄膜半导体器件，还必须使照射半导体膜上任一点的脉冲激光的照射次数(简称照射次数)最佳化。如果照射次10次，那么固相生长多结晶半导体膜中的缺陷率不可能降低。相反，如果是80次以上，那么会引起通过气相向半导体膜中混入杂质和半导体膜表面粗糙度增加等。尤其当照射次数达到200次以上，则表面极不平整，利用这样的膜，即使制成薄膜半导体器件，根据栅极泄漏半导体器件也无圆满的动能。为了制造有效降低结晶性半导体膜中的缺陷，并且平滑地保持半导体膜表面优异的薄膜半导体器件，在照射次数在10次～80次情况下在衬底上扫描激光照射区域。为了可靠地制造优异的半导体器件，照射次数在20次～60次的情况下使脉冲激光扫描。

错开量和照射次数中最佳值存在，所以用这些值确定最佳照射宽度W。照射宽度W是错开量与照射次数的积。在错开量用x(μm)表示，照射次数用n次表示时，照射宽度W(μm)为：

W(μm)＝x(μm)×n                       ……式9

与宽度方向的激光能量密度分布如何无关，照射宽度W相当于激光能量密度强度成为最大值一半的点的宽度(Full Width Half Maximum；FWHM)。错开量理想范围的最下限约是0.1μm，照射次数的理想的最小值约为10次，所以理想的最小照射宽度约为1μm。相反，错开量的最大值约为25μm，照射次数的最大值约为80次，所以最大照射宽度认为约2000μm。作为更理想的照射宽度是从错开量约为0.5μm，照射次数在约10次时的约5μm到错开量约为3μm，照射次数约为80次时的约240μm之间。从错开量约为1μm，照射次数约为20时的或错开量约为0.5μm，照射次数约为40次时的约为20μm，到错开量约为2μm，照射次数约为60次时的约为120μm之间称为理想照射宽度。为了在每次照射连接完全熔化时横生长的晶粒，最好照射宽度W成为最大横生长距离(3μm)的2倍的6μm以下。

这样条件下的理想发射频率是扫描速度成为约在2mm/sec以上的值。脉冲激光的发射频率f(Hz)和扫描速度v(mm/sec)之间关系用全面的错开量x(μm)。

由于表现为：

v(mm/sec)＝x(μm)×10^-3×f(Hz)    ……式10

所以理想的发射频率f(Hz)为：

f＞2×10³/x                       ……式11

由于错开量较好范围为0.1μm～25μm，所以根据式11，发射频率较好范围为0.08kHz～20kHz。认为更好是0.67kHz～20kHz，理想的是1kHz～20kHz。根据式9和式11，在发射频率f(Hz)和照射次数n(次)及照射宽度W(μm)之间可以看到以下关系：

f＞2×10³×n/x                   ……式12

即，设定发射频率和照射次数及照射宽度满足式12的条件，当在半导体膜成照射脉冲激光时，以高生产效率制造优异品质的薄膜半导体器件。

促进在半导体膜的完全熔化时向结晶宽度方向的一维横向生长的一个因素是照射区域的宽度方向的激光能量密度梯度(简称为能量密度梯度)。熔化结晶时的结晶生长速度u(x)与半导体膜的温度梯度成dT(x)/dx比例。

u(x)＝k·dT(x)/dx                ……式13

但是，这里k为速度常数，T(x)为半导体膜上的任意点x的半导体膜的温度。如果半导体膜的熔化时间用t_m表示，那么结晶尺寸Lc用结晶生长速度和熔化时间t_m的积表示。

Lc＝u×t_m＝k·dT/dx·t_m          ……式14

速度常数k不变，熔化时间也不变，所以，结晶生长尺寸与半导体膜的温度梯度成比例。另一方面，半导体膜的温度由于一脉冲激光的能量密度成比例，所以，结果，结晶生长尺寸Lc与能量密度梯度dE/dx成比例。

Lc∝dE/dx                         ……式15

为了加大结晶生长尺寸，当然只要加大能量密度梯度就行。根据申请人等所作的实验，在使用YAG2ω光作为脉冲激光熔化结晶在玻璃衬底上的半导体膜的情况下，在从能量密度梯度的最大值约为3mJ·cm^-2·μm^-1以上的3.0mJ·cm^-2·μm^-1到4.0mJ·cm^-2·μm^-1时，向照射宽度方向结晶生长尺寸成为1μm以上。并且，能量密度梯度的最大值在从约10mJ·cm^-2·μm^-1到约20mJ·cm^-2·μm^-1时，向照射宽度方向结晶生长尺寸增大到约2μm以上。而且，在能量密度梯度的最大值约为30mJ·cm^-2·μm^-1时，向照射宽度方向结晶生长尺寸成为约3μm。从而，为了获得优质的结晶半导体膜制造优异的半导体器件，将能量密度梯度的最大值设定为3mJ·cm^-2·μm^-1以上较好，如果在10mJ·cm^-2·μm^-1～20mJ·cm^-2·μm^-1之间更好，理想的是30mJ·cm^-2·μm^-1以上。

根据本发明，为了获得低缺陷大直径颗粒的结晶半导体膜，使堆积非晶半导体膜的半导体膜堆积工序和使这样获得的非晶半导体膜以固相状态结晶的固相结晶工序等最佳，在获得由2μm～5μm晶粒构成的固相生长半导体膜方面，通过光照射工序，用振荡稳定性优异的固体激光，并且用仅比完全熔化能量密度低的能量密度照射非结晶成分中的吸收系数比结晶成分中的吸收系数大的激光。这样，保持固相生长半导体膜具有的2μm～5μm的晶粒直径，使结晶内的缺陷大大降低。然而，即使存在怎样稳定的激光，由于每个振荡能量密度变化，以某一定概率半导体膜也被完全熔化。在已有的这种情况下，虽然平均粒径为数十nm的微晶产生，但是，在本发明中，根据使吸收系数和半导体膜厚的关系和线状以至略程现长方形的照射区域形状、宽度方向的能量密度梯度、每次照射在照射区域的宽度方向适当使照射区域错开适当量的扫描方法，即使一旦产生完全溶化，也能使1μm～3μm的晶粒横生长，防止微晶化。这样至少对于照射宽度方向的结晶粒长显著增加，并且，结晶内的缺陷极少，表面平滑，并且，获得纯度高的优异的结晶性半导体膜，容易制造更优良的薄膜半导体器件。

在以上的详细描述中，使已有的低品质不一致性大的结晶半导体膜根据本发明的非晶半导体膜的成膜方法及其固相状态中的结晶方法，和其后进行的光照射工序可作出均匀高品质结晶性半导体膜。据此，使以薄膜晶体管为代表的薄膜半导体器件的电气特性明显提高，同时以低电压使薄膜半导体器件工作，进而，确认稳定地制造这样薄膜半导体器件的效果。

附图说明

图1是说明本发明原理的图；

图2是说明光波长和半导体的吸收系数关系的图；

图3是说明半导体膜厚和膜中光强度关系的图；

图4是说明本发明原理的图；

图5是说明本发明范围的波长和半导体膜厚关系的图；

图6是本发明一例的能量密度和体积成分关系的图；

图7是说明激光照射形状的图；

图8是说明本发明激光照射形状的图；

图9是说明本发明激光照射形状的图；

图10是说明本发明激光照射形状的图；

图11是说明本发明制造工序的图；

图12～图20是说明本发明效果的图。

具体实施方式

参照附图用实施例说明本发明。

实施例1

图11a～d是表示形成MOS型电场效果的晶体管的薄膜半导体器件的制造工序剖面图。在本实施例1中，使用玻璃变形点温度为摄氏750度的结晶玻璃作为衬底101。但是，即便是其他的衬底，如果能承受在薄膜半导体器件制造过程中的最高温度，其种类和大小不限。首先，在衬底101上堆积成为基底保护膜102的氧化硅膜。在衬底用陶瓷衬底等的半导体膜上包括应除去不需要的杂质的情况下，在氧化硅膜堆积前只要堆积氧化钽膜和氮化硅膜等的第一基底保护膜就行。在本施例1中，在衬底101上用等离子化学气相堆积法(PECVD法)堆积氧化硅膜约200nm作为基底保护膜102。用CR-PECVD在以下条件下堆积氧化硅膜。

硅烷(SiH₄)流量        ……60sccm

氧(O₂)流量            ……100sccm

压力                    ……2.40mTorr

微波(2.45GHz)输出       ……2250W

外加磁场                ……875Gauss

衬底温度                ……100℃

成膜时间                ……40秒

该氧化膜的液温为25℃，浓度为1.67％的氟氢酸水溶液中的光刻速度为0.5nm/s。

在这样形成的基底保护膜上用高真空型LPCVD装置堆积膜厚约为50nm的纯性非晶硅膜作为半导体膜形成工序。高真空型LPCVD装置是热壁型，容积为184.51，衬底插入后的可堆积区域总面积约为44000cm²。成膜室的最大排气速度为120sccm/mTorr。堆积温度为425℃，在半导体膜堆积之前用此温度实施经1小时15分钟的衬底加热处理。在干燥热处理中，在设置了衬底的成膜室中，导入纯度为99.9999％以上的氦(He)200(sccm)和纯度为99.9999％以上的氢(H₂)100(sccm)，成膜压力保持在约为2.5mTorr。干燥处理结束后，半导体膜堆积之前的成膜室环境真空度在425℃的温度平衡条件下为2.5×10^-7Torr。在非晶硅膜堆积时，向成膜室中以200sccm流量提供纯度99.99％以上的硅烷(Si₂H₆)，堆积压力大体保持在1.1Torr。此条件下硅膜的堆积速度为0.77nm/min(半导体膜形成工序结束)。

接着在这样获得的非晶半导体膜上实施热处理，使非晶膜作固相结晶。热处理在大气压的氮气为99％和氧1％的混合气体气氛下以600℃进行24小时。根据该热处理，半导体膜从非晶状态变质成多晶状态(固相结晶工序结束)。

接着，作为光照射工序对在固相结晶工序中获得的固相生长纯性多晶硅膜上照射脉冲振荡Nd:YAG激光的第二高次谐波实施熔化结晶。脉冲激光时间半值幅度约为60ns，发射频率为200Hz。照射宽度为270μm，对于激光宽度方向略呈高斯形、照射长度为10mm的线状聚焦。对于宽度方向的能量密度梯度的最大值为3.72mJ·cm^-2·μm^-1。该线状光每次照射错开2.5％地扫描衬底。错开量成为6.75μm，半导体膜上任意一点受约40次激光照射。激光照射能量密度为700mJ·cm^-2。对于半导体膜表面的照射能量密度的平均值的变动约为4％。在本实施例1中使用的YAG2ω激光中仅使50nm的半导体膜的最表面的能量密度约为100mJ·cm^-2，由于使完全熔化的能量密度约为850mJ·cm^-2，所以半导体膜的约80％被熔化。对这样获得的结晶硅膜实施图形加工，形成半导体膜岛103。晶体管的源漏极方向与YAG2ω激光的扫描方向大致平行(光照射工序结束)。(图11a)。

下面，在盖住作了图形加工的半导体膜岛103的状态下，用ECR-PECVD法形成氧化硅膜104。该氧化硅膜起半导体器件的栅极绝缘膜作用。形成栅极绝缘膜的氧化硅膜的条件除堆积时间缩短成24秒外，与基底保护膜的氧化硅膜的堆积条件是一样的。但是，学氧化硅膜堆积之前，在ECR-PECVD装置内，在衬底上照射氧等离子，在半导体表面形成低温等离子氧化膜。等离子氧化条件如下：

氧(O₂)流量   ……100sccm

压力           ……1.85mTorr

微波(2.45GHz)输出  ……2000W

外加磁场           ……875Gauss

衬底温度           ……100℃

处理时间           ……24秒

根据等离子氧化在半导体膜表面形成大体为3.5nm的氧化膜。在氧等离子照射之后，连续维持真空堆积氧化膜。从而，成为栅极绝缘膜的氧化硅膜由等离子氧化膜和气相堆积膜二者组成，其膜厚为119nm。这样完成的栅极绝缘膜的堆积(图11b)。

继而，根据金属薄膜用溅射法形成栅极105。在溅射时的衬底温度为150℃。在本实施例1中，用具有750nm膜厚的α结构的钽(Ta)制造栅极，该栅极的片电阻为0.8Ω。接着，将栅极作成掩模，挤入成为施主或受主的杂质离子106，对栅极自调整地作成源、漏区域107和沟道形成区域108。在本实施例1中制作CMOS半导体器件。。在制造NMOS晶体管时，用铝(Al)薄膜复盖PMOS晶体管部之后，选择在氢中5％浓度稀释的磷化氢(PH₃)作为杂质元素，用加速电压80kV将包括氢的总离子以7×10¹⁵cm^-2的浓度挤入NMOS晶体管的源、漏区域。相反，在制造PMOS晶体管时，用铝(Al)薄膜盖住NMOS晶体管部之后，选择在氢中5％浓度稀释的硼化氢(B₂H₆)作为杂质元素，用加速电压80kV将包括氢的总离子以5×10¹⁵cm^-2的浓度挤入PMOS晶体管的源、漏区域(图11c)挤入时的衬底温度为300℃。

接着，用PECVD法将TEOS(Si-(OCH₂CH₃)₄)和氧作为原料气体。衬底温度为300℃堆积层间绝缘膜109。层间绝缘膜由二氧化硅膜组成，其厚度大体为500nm。在层间绝缘膜堆积之后，同时具有层间绝缘膜的热压配合和源、漏区域中添加的杂质元素活性化，在氮气氛300℃的环境中施加4小时的热处理。最后打开接触穴，用溅射法规定衬底的温度为180℃堆积铝，作成布线110完成薄膜半导体器件。(图11d)。

测定这样制造的薄膜半导体器件的传输特性。测定的半导体器件的沟道形成区域的长度和宽度分别为10μm，在室温条件下进行测定。例子展示在图12中。用NMOS晶体管的Vds＝8V的饱和区域求出的迁移率(饱和迁移率)为333cm²·V^-1·s^-1，阀值电压为1.23V，子阀摆动(サブスレ—シユホルドスイング)为0.206V，通过阀值电压和扁平能带电压求出的受主型俘获能级密度为8.56×10¹⁵cm^-3。并且，用Vds＝Vgs＝4V定义的开启电流为2.96×10^-5A，另一方面，Vds＝4V，Vgs＝0V的关闭电流成为2.19×10^-12A，成为仅用栅电压4V调制取得7位数以上开关比的的优异的N型薄膜半导体器件。同样，PMOS晶体管的Vds＝-8V的饱和迁移率为77cm²·V^-1·s^-1，阀值电压为1.88V，子阀摆动为0.222V，通过阀值电压和扁平能带电压求出的施主型俘获能级密度为1.56×10¹⁶cm^-3。

还有，用Vds＝Vgs＝-4V定义的开启电流为4.61×10^-6A，另一方面，Vds＝-4V，Vgs＝0V的关闭电流成为2.10×10^-12A，成为仅用栅电压4V调制取得6.3位数以上开关比的的优异的P型薄膜半导体器件。这些半导体器件的特性在衬底内几乎无变化，可均衡地制造高性能半导体器件。相反，在已有技术中，在堆积非晶硅膜用激元激光结晶的比较例中，NMOS晶体管的饱和迁移率为33cm²·V^-1·s^-1，阀值电压为3.70V，子阀摆动为0.646V，受主型俘获能级密度为2.65×10¹⁶cm^-3；PMOS晶体管的饱和迁移率为16cm²·V^-1·s^-1，阀值电压为-7.06V，子阀摆动为0.617V，施主型俘获能级密度为6.55×10¹⁶cm^-3。象该例所示，根据本发明，在N型和P型的两种半导体器件共有的高迁移率中具有低阀值电压，并且，以低至600℃以下的工序，可简便容易且稳定地制造表示出陡峭的子阀特性的极好薄膜半导体器件。尤其是如通过子阀摆动值了解到，其效果是极大的，明显降低禁带中央部分附近的俘获能级密度和受主型和施主型俘获能级密度的能级密度，有可能成为使使用薄膜半导体器件的电路的低电压驱动。并且，在已有技术中，虽然迁移率越大阀值电压和俘获能级密度也远大，但是认为，根据本发明的优点是，高的迁移率和低阀值电压和低俘获能级密度同时实现。

实施例2

除了在半导体膜上照射在光照射工序中的脉冲振荡Nd:YAG激光的第二高次谐波外，其他制造工序与实施例1的完全相同，这样可制作薄膜半导体器件。在本实施例2中，只有宽度270μm长度10mm的线状聚焦的YAG2ω脉冲激光在每次照射的宽度方向错开比例，和半导体膜上的激光照射能量密度二点与实施例1的不同。线状激光在每次照射宽度方向错开比例选择10％、5％、2.5％、1.67％四种水平。据此，半导体膜上的任意一点分别受到约10次、20次、40次、60次的激光照射。半导体膜上的激光照射能量密度变化为400mJ·cm^-2～800mJ·cm^-2。与其成比例激光能量密度梯度的最大值变化为1.99mJ·cm^-2·μm^-1～3.97mJ·cm^-2·μm^-1。与实施例1相同，相对半导体膜表面的YAG2ω光照射能量密度的平均值的变动量约为4％，E_SM约为100mJ·cm^-2，E_CM约为850mJ·cm^-2。

这样制成的薄膜半导体器件的电气特性如从图13至图20所示。电气特性的沟道形成区域的长度和宽度都对10μm的晶体管由Vds＝±0.1V的线性电流求出，从而，本实施例2所示的迁移率是电场效果的迁移率。并且，各值表示在各条件下制造成的4个晶体管的平均值。这些图的横轴(x轴)表示任何YAG2ω光半导体膜表面的照射能量密度，纵轴(y轴)表示相应的电气特性。并且，为了参考，在0mJ·cm^-2位置上表示不施加YAG2ω光照射使用固相生长多晶膜的晶体管的结果。

图13及图14表示NMOS及PMOS的子阀摆动。照射能量密度一旦超过600mJ·cm^-2时，即一旦半导体膜的厚度方向的体积成分67％以上被熔化时，则阀值下特性得到迅速改善，NMOS、PMOS的子阀摆动值表示达到0.3V以下的优异值。表示并不仅限于绝缘膜厚度到达119nm的优异值这一点意味着，位于得到的结晶性半导体膜的能带图表的禁带中央附近的俘获能级密度(深俘获能级密度)极小，证明在本发明光照射工序中错误偶合对等的结晶缺陷减少。并且，表示良好特性的能量密度范围扩展到完全熔化之前约800mJ·cm^-2。照射次数甚至10次也看到效果，但从20次到60次阀值下特性表示尤其优异的值。

图15和图16表示用阀值电压和扁平能带电压确定的受主型俘获能级数和施主型俘获能级数的YAG2ω激光能量密度依赖性。图13和图14同样的趋势被确认，一旦半导体膜厚方向的体积成分的67％以上熔化，则两俘获能级数明显降低。这意味着，接近禁带中传导带的受主型俘获型能级密度(浅受主型俘获能级密度)和接近价电子带的施主型俘获能级密度(浅施主型俘获能级密度)极小。在本发明的光照射工序中，有效地证明积层缺陷和双晶等的结晶缺陷降低。同样，图17和图18表示由NMOS和PMOS的线性电流求出的阀值电压，在半导体膜的厚度方向的体积成分的67％以上熔化的情况下，如何导电型晶体管阀电压达到约2V则适合于实用。与阀值下特性一样，照射次数甚至10次也看到效果，但最好从20次到60次降低浅俘获能级密度或降低阀值电压。

图19和图20是有关通过NMOS和PMOS的线性电流求出的电场效应迁移率的图形。当照射能量密度超过约600mJ·cm^-2时，即当半导体膜厚度方向的体积成分的67％以上熔化时，NMOS和PMOS都得到非常大的迁移率。在晶粒内缺陷少的情况下，迁移率在理论实验方面都与晶粒直径相关性很强。从而，图19和图20意味着，如果按照本发明制成薄膜半导体器件，那么结晶半导体膜由大颗粒直径，低缺陷的晶粒构成。照射次数在40次～60次时，在宽的能量密度范围中获得高的迁移率。

如本实施例2所示，当半导体膜的厚度方向的体积成分的67％以上熔化时，可易于制造比过去更优异的薄膜半导体器件，当照射次数为20次～60次时，俘获能级密度显著降低，应此可理解当照射次数为40次～60次时，产生低阀值电压和高迁移率两者并存的优异效果。

如上所述，根据本发明的薄膜半导体器件制造方法，利用可使用廉价玻璃衬底的低温处理，可容易且稳定地制造高性能的薄膜半导体器件。因此，在把本发明应用于有源(アクテイブ)矩阵液晶显示器的制造中的情况下，可容易、稳定地制造大型高品质的液晶显示器。还有当应用于其他电子电路制造的情况下，也能容易、稳定地制造高品质电子电路。

Claims (33)

1.一种薄膜半导体器件的制造方法，把以在衬底上形成的硅为主体的结晶性半导体膜作为有源层使用，其特征是，包括以下工序：

半导体膜形成工序，在衬底上堆积以硅为主体的非晶半导体膜；

固相结晶工序，以固相状态使该非晶半导体膜结晶得到固相生长半导体膜；和

光照射工序，在该固相生长半导体膜上照射脉冲激光，以获得结晶性半导体膜；

所述脉冲激光的波长为370nm～710mm；

所述脉冲激光在所述非晶硅的吸收系数大于在所述多晶硅的吸收系数；

所述脉冲激光的照射能量密度是至少使所述固相生长半导体膜表面熔化的强度以上。

2.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光的波长为450nm～650nm。

3.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光的波长为532nm。

4.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光是Q开关振荡的固体激光的高次谐波。

5.根据权利要求4所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述Q开关振荡的固体激光的高次谐波把Nd离子掺杂的结晶作为激光媒体。

6.根据权利要求4所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述Q开关振荡的固体激光的高次谐波是掺钕钇铝石榴石激光的第二高次谐波。

7.根据权利要求4所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述Q开关振荡的固体激光的高次谐波是掺钕钒酸钇激光的第二高次谐波。

8.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光的所述固相生长半导体膜上的照射能量密度是使该固相生长半导体膜的厚度方向的三分之二以上熔化的强度。

9.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光的所述固相生长半导体膜上的照射能量密度是使该固相生长半导体膜一部分消失的强度以下。

10.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光的所述固相生长半导体膜上的照射能量密度是低于使该固相生长半导体膜在厚度方向完全熔化的强度。

11.根据权利要求3所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光在所述固相生长半导体膜上的照射能量为100mJ·cm^-2～1500mJ·cm^-2。

12.根据权利要求3所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光在所述固相生长半导体膜上的照射能量为600mJ·cm^-2～1500mJ·cm^-2。

13.根据权利要求3所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光在所述固相生长半导体膜上的照射能量为100mJ·cm^-2～850mJ·cm^-2。

14.根据权利要求3所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光在所述固相生长半导体膜上的照射能量为600mJ·cm^-2～850mJ·cm^-2。

15.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述固相结晶工序包含把所述衬底插入热处理炉中并在热平衡状态下所进行的热处理。

16.根据权利要求15所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述热处理温度为400～700℃。

17.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述固相结晶工序在快速热处理装置中进行。

18.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光的所述固相生长半导体膜上的照射区域成宽为W其单位为μm、长为L其单位为mm的长方形。

19.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，在所述照射区域上，所述长度方向的所述脉冲激光的照射能量密度分布成梯形。

20.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，在所述照射区域上，所述宽度方向的所述脉冲激光的照射能量密度分布成梯形。

21.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述长度L对所述宽度W比、即L/W为100以上。

22.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述长度L对所述宽度W比、即L/W为1000以上。

23.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述脉冲激光的所述宽度方向的照射能量密度的最大梯度值为3mJ·cm^-2·μm^-1以上。

24.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，取得所述脉冲激光的所述宽度方向的照射能量密度梯度的最大值的位置，和取得该脉冲激光的该宽度方向的照射能量密度的最大值的位置一致。

25.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述宽度W为1μm～6μm。

26.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，在所述光照射工序中，每次照射在宽度方向错开所述照射区域进行。

27.根据权利要求18所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述宽度方向与薄膜半导体器件的有源层内的电流方向平行。

28.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述固相生长半导体膜上的任一点被照射10次～80次的脉冲激光。

29.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，

所述脉冲激光在多晶硅中的吸收系数μ_DSi为10^-3nm^-1～10^-2nm^-1；

令由所述半导体膜形成工序形成的所述非晶半导体膜的膜厚为d其单位为nm，所述膜厚d和所述吸收系数μ_DSi满足以下关系式：

0.105·μ_DSi ^-1＜d＜0.693·μ_DSi ^-1。

30.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，

所述脉冲激光在多晶硅中的吸收系数μ_DSi为10^-3nm^-1～10^-2nm^-1；

令由所述半导体膜形成工序形成的所述非晶半导体膜的膜厚为d其单位为nm，所述膜厚d和所述吸收系数μ_DSi满足以下关系式：

0.405·μ_DSi ^-1＜d＜0.693·μ_DSi ^-1。

31.根据权利要求1所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述衬底是透明的。

32.根据权利要求6所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，

由所述半导体膜形成工序形成的所述非晶半导体膜的膜厚为25nm～165nm。

33.根据权利要求32所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征是，所述非晶半导体膜的厚度为25nm～95nm。

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