JP2000058863A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリアの移動度の高い半導体装置を得る。 【解決手段】 基板上に設けられた薄膜トランジスタを
有する半導体装置であって、前記薄膜トランジスタは、
結晶性を有し、かつチャネル形成領域を含む半導体膜を
有しており、前記半導体膜において結晶粒界は一定の方
向に存在しており、前記結晶粒界の方向は、チャネル形
成領域においてキャリアが移動する方向と±２０°程度
の範囲で一致していることを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の絶縁基
板上に設けられたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を有する
半導体装置及びその作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上にＴＦＴを有する
半導体装置としては、これらのＴＦＴを画素の駆動に用
いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー等が
知られている。

【０００３】これらの装置に用いられるＴＦＴには、薄
膜状の珪素半導体を用いるのが一般的である。薄膜状の
珪素半導体としては、非晶質珪素半導体（ａ−Ｓｉ）か
らなるものと結晶性を有する珪素半導体からなるものの
２つに大別される。非晶質珪素半導体は作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電率等
の物性が結晶性を有する珪素半導体に比べて劣るため、
今後より高速特性を得る為には、結晶性を有する珪素半
導体からなるＴＦＴの作製方法の確立が強く求められて
いた。尚、結晶性を有する珪素半導体としては、多結晶
珪素、微結晶珪素、結晶成分を含む非晶質珪素、結晶性
と非晶質性の中間の状態を有するセミアモルファス珪素
等が知られている。

【０００４】これら結晶性を有する薄膜状の珪素半導体
を得る方法としては、 （１） 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する。 （２） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、レーザー光
のエネルギーにより結晶性を有せしめる。 （３） 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギ
ーを加えることにより結晶性を有せしめる。 と言った方法が知られている。しかしながら、（１）の
方法は良好な半導体物性を有する膜を基板上に全面に渡
って均一に成膜することが技術上困難であり、また成膜
温度が６００℃以上と高いので、安価なガラス基板が使
用できないというコストの問題もあった。また、（２）
の方法は、現在最も一般的に使用されているエキシマレ
ーザーを例にとると、レーザー光の照射面積が小さいた
め、スループットが低いという問題がまずあり、また大
面積基板の全面を均一に処理するにはレーザーの安定性
が充分ではなく、次世代の技術という感が強い。（３）
の方法は、（１）、（２）の方法と比較すると大面積に
対応できるという利点はあるが、やはり加熱温度として
６００℃以上の高温にすることが必要であり、安価なガ
ラス基板を用いることを考えると、さらに加熱温度を下
げる必要がある。特に現在の液晶表示装置の場合には大
画面化が進んでおり、その為ガラス基板も同様に大型の
物を使用する必要がある。この様に大型のガラス基板を
使用する場合には、半導体作製に必要不可欠な加熱工程
における縮みや歪みといったものが、マスク合わせ等の
精度を下げ、大きな問題点となっている。特に現在最も
一般的に使用されている７０５９ガラスの場合には、歪
み点が５９３℃であり、従来の加熱結晶化方法では大き
な変形を起こしてしまう。また、温度の問題以外にも現
在のプロセスでは結晶化に要する加熱時間が数十時間以
上にも及ぶので、さらにその時間を短くすることも必要
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決する手段を提供するものである。より具体的には
非晶質珪素からなる薄膜を加熱により結晶化させる方法
を用いた、結晶性を有する珪素半導体からなる薄膜の作
製方法において、結晶化に必要な温度の低温化と時間の
短縮を両立するプロセスを提供することをその目的とす
る。勿論、本発明で提供されるプロセスを用いて作製し
た結晶性を有する珪素半導体は、従来技術で作製された
ものと同等以上の物性を有し、ＴＦＴの活性層領域にも
使用可能なものであることは言うまでもないことであ
る。

【０００６】〔発明の背景〕本発明人らは、上記従来の
技術の項で述べた、非晶質の珪素半導体膜をＣＶＤ法や
スパッタ法で成膜し、該膜を加熱によって結晶化させる
方法について、以下のような実験及び考察を行った。

【０００７】まず実験事実として、ガラス基板上に非晶
質珪素膜を成膜し、この膜を加熱により結晶化させるメ
カニズムを調べると、結晶成長はガラス基板と非晶質珪
素との界面から始まり、ある程度の膜厚以上では基板表
面に対して垂直な柱状に進行することが認められた。

【０００８】上記現象は、ガラス基板と非晶質珪素膜と
の界面に、結晶成長の基となる結晶核（結晶成長の基と
なる種）が存在しており、その核から結晶が成長してい
くことに起因すると考察される。このような結晶核は、
基板表面に微量に存在している不純物金属元素やガラス
表面の結晶成分（結晶化ガラスと呼ばれるように、ガラ
ス基板表面には酸化珪素の結晶成分が存在していると考
えられる）であると考えられる。

【０００９】そこで、より積極的に結晶核を導入するこ
とによって結晶化温度の低温化が可能ではないかと考
え、その効果を確認すべく、他の金属を微量に基板上に
成膜し、その上に非晶質珪素からなる薄膜を成膜、その
後加熱結晶化を行う実験を試みた。その結果、幾つかの
金属を基板上に成膜した場合においては結晶化温度の低
下が確認され、異物を結晶核とした結晶成長が起こって
いることが予想された。そこで低温化が可能であった複
数の不純物金属について更に詳しくそのメカニズムを調
査した。

【００１０】結晶化は、初期の核生成と、その核からの
結晶成長の２段階に分けて考えることができる。ここ
で、初期の核生成の速度は、一定温度において点状に微
細な結晶が発生するまでの時間を測定することによって
観測されるが、この時間は上記不純物金属を成膜した薄
膜ではいずれの場合も短縮され、結晶核導入の結晶化温
度低温化に対する効果が確認された。しかも予想外のこ
とであるのだが、核生成後の結晶粒の成長を加熱時間を
変化させて調べたところ、ある種の金属を成膜後、その
上に成膜した非晶質珪素薄膜の結晶化においては、核生
成後の結晶成長の速度までが飛躍的に増大することが観
測された。このメカニズムについては後ほど詳しく述べ
ることにする。

【００１１】いずれにしろ、上記２つの効果により、あ
る種の金属を微量に成膜した上に非晶質珪素からなる薄
膜を成膜、その後加熱結晶化した場合には、従来考えら
れなかったような、５８０℃以下の温度で4 時間程度の
時間で十分な結晶性が得られることが判明した。この様
な効果を有する不純物金属の中で、最も効果が顕著であ
り、我々が選択した材料がニッケルである。

【００１２】ニッケルがどの程度の効果を有するのか一
例を挙げると、なんら処理を行なわない、即ちニッケル
の微量な薄膜を成膜していない基板上（コーニング７０
５９）にプラズマＣＶＤ法で形成された非晶質珪素から
なる薄膜を窒素雰囲気中での加熱によって、結晶化する
場合、その加熱温度として６００℃とした場合、加熱時
間として１０時間以上の時間を必要としたが、ニッケル
の微量な薄膜を成膜した基板上の非晶質珪素からなる薄
膜を用いた場合には、４時間程度の加熱において同様な
結晶化状態を得るこができた。尚この際の結晶化の判断
はラマン分光スペクトルを利用した。このことだけから
も、ニッケルの効果が非常に大きいことが判るであろ
う。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記説明から判る様に、
ニッケルの微量な薄膜を成膜した上から、非晶質珪素か
らなる薄膜を成膜した場合、結晶化温度の低温化及び結
晶化に要する時間の短縮が可能である。そこで、このプ
ロセスをＴＦＴの製造に用いることを前提に、さらに詳
細な説明を加えていくことにする。尚、後ほど詳述する
が、ニッケルの薄膜は基板上のみならず非晶質珪素上に
成膜しても同様の効果を有すること、及びイオン注入で
も同様であったことから、今後本明細書ではこれら一連
の処理を「ニッケル微量添加」と呼ぶことにする。

【００１４】まずニッケル微量添加の方法について説明
する。ニッケルの微量添加は、基板上に微量なニッケル
薄膜を成膜し、その後非晶質珪素を成膜する方法でも、
先に非晶質珪素を成膜し、その上から微量なニッケル薄
膜を成膜する方法でも、両者同様に低温化の効果が有
り、その成膜方法はスパッタ法でも、蒸着法でも、塗布
法やスピンコーティング法でも可能で、成膜方法は問わ
ないことが判明している。ただし、基板上に微量なニッ
ケル薄膜を成膜する場合、７０５９ガラス基板の上から
直接微量なニッケル薄膜を成膜するよりは、同基板上に
酸化珪素の薄膜を成膜し、その上に微量なニッケル薄膜
を成膜した場合の方が効果がより顕著である。この理由
として考えられることとして、珪素とニッケルが直接接
触していることが今回の低温結晶化には重要であり、70
59ガラスの場合には珪素以外の成分がこの両者の接触あ
るいは反応を阻害するのではないかということが挙げら
れる。

【００１５】また、微量添加の方法としては、非晶質珪
素の上または下に接して薄膜を形成する以外に、イオン
注入によってニッケルを添加してもほぼ同様の効果が確
認された。ニッケルの量については、１×１０¹⁵ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ³ 以上の量の添加において低温化が確認され
ているが、１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 以上の添加量
においては、ラマン分光スペクトルのピークの形状が珪
素単体の物とは明らかに異なることから、実際に使用可
能であるのは１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜５×１０
¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ の範囲であると思われる。また、
半導体物性として、ＴＦＴの活性層に使用することを考
えると、この量を１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 〜１×
１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ に抑えることが必要である。

【００１６】続いて、ニッケル微量添加を行った場合の
結晶成長及び結晶形態の特色について述べ、そこから推
測される結晶化機構について説明を加える。

【００１７】上述の通り、ニッケルを添加しない場合に
は、基板界面等の結晶核からランダムに核が発生し、そ
の核からの結晶成長も同様にランダムで、作製方法によ
っては（１１０）或いは（１１１）に比較的配向した結
晶が得られることが報告されており、当然ながら薄膜全
体に渡ってほぼ均一な結晶成長が観測される。

【００１８】まずこの機構を確認すべく、ＤＳＣ（示差
走査熱量計）による解析を行った。プラズマＣＶＤで基
板上に成膜した非晶質珪素薄膜を、基板についたまま試
料容器に充填し、一定速度で昇温していった。すると、
およそ７００℃前後で明確な発熱ピークが観察され、結
晶化が観測された。この温度は、昇温速度を変えると当
然シフトするが、例えば１０℃／ｍｉｎの速度で行った
場合には７００．９℃から結晶化が開始した。次に昇温
速度を３種類変えたものを測定し、それらから小沢法に
よって初期核生成後の結晶成長の活性化エネルギーを求
めた。すると、およそ３．０４ｅＶという値が得られ
た。また、反応速度式を理論曲線とのフィッティングか
ら求めたところ、無秩序核生成とその成長モデルによっ
て、最も良く説明されることが判明し、基板界面等の結
晶核からランダムに核が発生し、その核からの結晶成長
というモデルの妥当性が確認された。

【００１９】前述と全く同様の測定を、ニッケルを微量
添加したものについても行ってみた。すると、１０℃／
ｍｉｎの速度で昇温を行った場合には６１９．９℃から
結晶化が開始し、それら一連の測定から求めた結晶成長
の活性化エネルギーはおよそ１．８７ｅＶであって、結
晶成長が容易となっていることが数値的にも明らかとな
った。また、理論曲線とのフィッティングから求めた反
応速度式は、一次元的界面律速のモデルに近く、結晶成
長に一定方向の方向性を有することが示唆された。

【００２０】次に、今回のニッケル微量添加したものの
結晶形態についてＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し
た結果を示す。ＴＥＭ観察の結果から判明した特徴的な
現象として、ニッケルを添加した領域と、その近傍の部
分で結晶成長が異なるということが挙げられる。即ち、
ニッケルを添加した領域について、断面から観察する
と、モアレあるいは格子像とみられる縞が基板にほぼ垂
直に観測され、このことは添加したニッケルあるいはそ
の珪素との化合物が結晶核となり、ニッケルを添加して
いないものと同様に基板にほぼ垂直に柱状の結晶が成長
することを示すものと考えられる。ニッケルを添加した
領域について表面から観察すると、エピタキシーのよう
に完全に揃っている訳ではないことが判明した。そのこ
とを示すＴＥＤ（透過電子線回折）パターンを図４に示
す。図４はニッケルを添加した領域に、膜面に垂直に電
子線を入射して得られたパターンであり、電子線の径は
数ミクロン、また中央の大きな黒丸は（０００）からの
パターンである。図４から、少なくとも３種類程度の角
度のずれた結晶が観測され、また完全にはリングとなっ
ていないことから、一つの結晶粒がかなりの大きさを有
することが判明した。このことを更に確認すべく、薄膜
ＸＲＤ（Ｘ線回折）を用いて、配向性の評価を行ったと
ころ、主として｛１１１｝あるいは｛１１０｝のピーク
が観測された。ここで｛ｈｋｌ｝とは、（ｈｋｌ）面に
等価な面の全てを含んだものを示す記号である。この結
果を、同じ膜厚のニッケルを添加していない薄膜を結晶
化したものの薄膜ＸＲＤの結果と比較したところ、今回
のニッケル微量添加したものは｛１１０｝に対して｛１
１１｝の強度が明らかに増大しており、ニッケルを添加
することにより配向性が高くなっていることが明らかと
なった。

【００２１】次いで、ニッケルを添加した領域の近傍の
結晶形態の観察結果を示す。まず、ニッケルを直接微量
添加していない領域が結晶化すること自体が予想外であ
ったのであるが、ニッケル微量添加部分、その近傍の横
方向の結晶成長部分（以後横成長部分と略）、更に遠方
の非晶質部分( かなり離れた部分では低温結晶化は行わ
れず、非晶質部分が残る) について、ニッケルの濃度を
ＳＩＭＳ( 二次イオン質量分析法) により調べた所、横
成長部分はニッケル微量添加部分部分から約１桁少ない
量が検出され、非晶質部分は更に約１桁少ない量が観測
された。すなわち、ニッケルはかなり広範囲に渡って拡
散しており、ニッケルを添加した領域の近傍の領域の結
晶化もまたニッケル微量添加の効果であると考えられ
る。

【００２２】まず、ニッケルを添加した領域の近傍の表
面ＴＥＭ像を図５に示す。図より明らかなように、特徴
的な、幅の揃った針状または柱状の結晶が基板に平行方
向に観測される。この基板に平行な横成長は、ニッケル
を微量添加した領域から、大きいものでは数百μｍも成
長することが観測され、時間の増加及び温度が高くなる
に比例して成長量も増大することも判った。例として、
５５０℃４時間においては約２０μｍ程度の成長が観測
された。また、これらの結晶が交差する角度はいずれの
場合も約６０度であり、場所によらないことも判明して
いる。次いで、上記領域のＴＥＤパターンを図６及び図
７に示す。図６は針状結晶の先端を、図７はある程度針
状結晶が重なっている領域を示す。非常にパターンがシ
ンプルであり、単結晶或いは多くても双晶のようなもの
が見られる程度で、結晶方位は非常に揃っており、この
パターンは〔１１１〕入射と極めて良く一致している。
その結果、基板に平行な面が（１１１）であることが明
らかとなった。すると、結晶成長方向は、（１１１）に
垂直な方向であるので、上記横成長している結晶はその
軸方向が〔１１０〕方向であることがわかる。この関係
を、図８に簡単に示す。また、（１１０）面あるいは
〔１１０〕の軸方向は、〔１１１〕方向に対して６回対
称性を有しており、そのため前述の約６０度で交差する
場合には、それぞれが〔１１０〕方向に結晶成長可能で
あって、図７のＴＥＤパターンが単結晶ライクであるこ
とと矛盾はない。

【００２３】以上の実験事実に基づき、発明者らは以下
のような機構により結晶化が進行すると考えている。

【００２４】まず、核発生が起こるが、この際の活性化
エネルギーがニッケルの微量添加により低減される。こ
のことはニッケルを添加することにより、より低温から
結晶化が発生していることから自明であって、この理由
としてはニッケルの異物としての効果以外にも、ニッケ
ルと珪素からなる金属間化合物の内の一つが、結晶シリ
コンと格子定数が近いことに起因している可能性もある
と考えている。また、この核発生はニッケルの添加した
領域全面についてほぼ同時に発生するため、結果として
結晶成長は面のまま成長するような機構となり、この場
合反応速度式は一次元的界面律速過程となり、基板に概
略垂直な柱状の結晶が得られる。しかしながら、膜厚に
制限されること、及び応力等の影響で、完全に揃った結
晶軸を有するとまではいかない。

【００２５】しかしながら、基板に水平方向は、垂直方
向と比較して均質であるため、柱状あるいは針状の結晶
がニッケル添加部分を核として横方向に揃って成長し、
その方向は〔１１０〕となる。勿論この場合も反応速度
式は一次元界面律速型となることが予想される。結晶成
長の活性化エネルギーは、前述の通りニッケルを添加す
ることにより低減されているため、この横方向の成長速
度は非常に速いことが期待され、事実そうなっている。
ただし、〔１１０〕方向に結晶成長する理由はまだ解明
できていない。

【００２６】次に、上記ニッケル微量添加部分とその近
傍の横成長部分についての電気特性を説明する。ニッケ
ル微量添加部分の電気特性は、導電率に関してはほぼニ
ッケルを添加していない膜、即ち６００℃程度で数十時
間結晶化を行ったものと同程度の値であり、また導電率
の温度依存性から活性化エネルギーを求めたところ、ニ
ッケルの添加量を前述の様に１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³
〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ 程度とした場合には、ニッ
ケルの準位に起因すると思われる様な挙動は観測されな
かった。即ち、この実験事実からは、上記の濃度であれ
ばＴＦＴの活性層等として使用が可能であることが考察
される。

【００２７】それに対し、横成長部分は、導電率がニッ
ケル微量添加部分と比較して１桁以上高く、結晶性を有
する珪素半導体としてはかなり高い値を有していた。こ
のことは、電流のパス方向が結晶の横成長方向と合致し
たため、電極間で電子が通過する間に存在する粒界が少
ないあるいは殆ど無かったことによるものと考えられ、
透過電子線顕微鏡写真の結果と矛盾無く一致する。即
ち、キャリアの移動が針状または柱状に成長した結晶の
粒界に沿ったものとなるので、キャリアは移動しやすい
状態が実現されている、と考えることができる。

【００２８】そこで、本発明は、上記結晶粒界に概略沿
った方向と半導体装置（例えばＴＦＴ）内のキャリアが
移動する方向を概略一致せしめることにより、キャリア
の移動度を向上させるものである。この結晶粒界に沿っ
た方向は、針状または柱状に結晶成長した成長方向であ
り、しかもこの成長方向は、〔１１０〕の軸方向に結晶
性を有する方向であり、さらにまたこの方向は、前述の
ように他の方向（例えば結晶成長に垂直な方向）に対し
て選択的に高い導電率を有する方向である。また現実問
題として、結晶成長方向とキャリアの流れる方向とが完
全に一致することは困難であり、また結晶も完全に全面
に渡って、一様な方向に揃って成長するわけではない。
そこで実際問題としては、結晶成長の方向は平均的な方
向として定められる。またその方向とキャリアの流れる
方向とは±２０°程度の範囲であれば一致しているとみ
なすことができる。

【００２９】また、本発明で用いられる基板上の結晶性
珪素膜は、単結晶珪素でなはいことは重要である。即
ち、薄膜状に結晶化した結晶性珪素膜であって、しかも
その結晶成長の方向が〔１１０〕の軸方向であることが
特徴であり、単結晶珪素とは本質的に異なるものであ
る。従って、特に本発明における結晶性珪素膜を結晶性
を有する非単結晶珪素膜ということができる。

【００３０】では最後に、上述の各種特性を踏まえた上
でＴＦＴに応用する方法について説明する。ここでＴＦ
Ｔの応用分野としてはＴＦＴを画素の駆動に用いるアク
ティブマトリックス型液晶表示装置を想定するものとす
る。

【００３１】前述の様に、最近の大画面のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置においては、ガラス基板の縮
みを抑えることが重要であるが、本発明のニッケル微量
添加プロセスを用いることにより、ガラスの歪み点に比
較して十分に低い温度で結晶化が可能であり、特に好適
である。本発明を用いれば、従来非晶質珪素を用いてい
た部分を、ニッケルを微量添加し、５００〜５５０℃程
度で４時間程度結晶化させることにより、結晶性を有す
るシリコンに置き換えることが容易に可能である。勿
論、デザインルール等をそれ相応に変更する必要はある
が、装置、プロセス共従来の物で十分に対応可能であ
り、そのメリットは大きいものと考えられる。

【００３２】しかも、今回の発明を用いれば、画素に用
いるＴＦＴと、周辺回路のドライバーを形成するＴＦＴ
とを、それぞれ特性に応じた結晶形態を利用して作り分
けることも可能であり、アクティブ型液晶表示装置への
応用に特にメリットが多い。画素に用いるＴＦＴは、そ
れほどのモビリティは必要とされておらず、それよりは
オフ電流が小さいことの方がメリットが大きい。そこで
本発明を用いる場合には、画素に用いるＴＦＴとなるべ
き領域に直接ニッケル微量添加を行うことによって、結
晶を縦方向に成長させ、その結果チャネル方向に粒界を
多数形成してオフ電流を低下させることが可能である。
それに対して、周辺回路のドライバーを形成するＴＦＴ
は、今後ワークステーションへの応用等を考えた場合に
は、非常に高いモビリティが必要である。そこで本発明
を応用する場合には、周辺回路のドライバーを形成する
ＴＦＴの近傍にニッケルの微量添加を行い、そこから一
方向に結晶を成長させ、その結晶成長方向をチャネルの
電流のパス方向と揃えることにより、非常に高いモビリ
ティを有するＴＦＴを作製することが可能である。

【００３３】このようにして特定の方向に選択的に結晶
化をおこなわせしめて、結晶性珪素膜を得ることができ
るが、このような結晶性珪素膜の特性をより向上せしめ
んとすれば、結晶化工程の後に、レーザーもしくはそれ
と同等な強光を照射することによって、粒界等に残存す
る結晶化の不十分な成分を結晶化させてやればよい。こ
の工程においては、残っていた非晶質成分は先の加熱工
程によって形成された結晶を核として結晶成長し、粒界
が消滅してしまうのでより高い特性を得ることができ
る。

【００３４】（作用）薄膜半導体を用いた半導体装置に
おいて、膜の平面方向に針状または柱状に結晶成長した
結晶性珪素膜の結晶成長方向をキャリアの移動方向とす
ることにより、キャリアの移動を結晶粒界に沿った方向
とすることができ、キャリアを高移動度で動かすことが
できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】

【００３６】

【実施例】〔実施例１〕本実施例は、ガラス基板上に結
晶シリコンを用いたＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴとい
う）とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴという）とを相補
型に組み合わせた回路を形成する例である。本実施例の
構成は、アクティブ型の液晶表示装置の画素電極のスイ
ッチング素子や周辺ドライバー回路、さらにはイメージ
センサや集積回路に利用することができる。

【００３７】図１に本実施例の作製工程の断面図を示
す。まず、基板（コーニング７０５９）１０１上にスパ
ッタリング法によって厚さ２０００Åの酸化珪素の下地
膜１０２を形成した。つぎにメタルマスクまたは酸化珪
素膜等によって形成されたマスク１０３を設ける。この
マスク１０３は、スリット状に下地膜１０２を露呈させ
る。この状態を上面から見ると、スリット状に下地膜１
０２は露呈しており、他ぼ部分はマスクされている状態
となっている。

【００３８】上記マスク１０３を設けた後、スパッタリ
ング法によって、厚さ５〜２００Å、例えば２０Åの珪
化ニッケル膜（化学式ＮｉＳｉ_x 、０．４≦ｘ≦２．
５、例えば、ｘ＝２．０）を１００の領域に選択的に成
膜する。（図１（Ａ））

【００３９】つぎに、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ
５００〜１５００Å、例えば１０００Åの真性（Ｉ型）
の非晶質珪素膜１０４を成膜する。そして、これを水素
還元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧が０．１〜１気
圧），５５０℃、または不活性雰囲気化（大気圧），５
５０℃、で４時間アニールして結晶化させる。この際、
珪化ニッケル膜が選択的に成膜された１００の領域にお
いては、基板１０１に対して垂直方向に結晶性珪素膜１
０４の結晶化が起こる。そして、領域１００以外の領域
では、矢印１０５で示すように、領域１００から横方向
（基板と平行な方向）に結晶成長が行われる。

【００４０】上記工程の結果、非晶質珪素膜を結晶化さ
せて、結晶性珪素膜１０４を得ることができる。その
後、スパッタリング法によって厚さ１０００Åの酸化珪
素膜１０６をゲイト絶縁膜として成膜する。スパッタリ
ングには、ターゲットとして酸化珪素を用い、スパッタ
リング時の基板温度は２００〜４００℃、例えば３５０
℃、スパッタリング雰囲気は酸素とアルゴンで、アルゴ
ン／酸素＝０〜０．５、例えば０．１以下とする。引き
続いて、スパッタリング法によって、厚さ６０００〜８
０００Å、例えば６０００Åのアルミニウム（０．１〜
２％のシリコンを含む）を成膜する。なお、この酸化珪
素膜１０６とアルミニウム膜の成膜工程は連続的に行う
ことが望ましい。

【００４１】そして、珪素膜１０４をパターニングし
て、ゲイト電極１０７、１０９を形成する。さらに、こ
のアルミニウムの電極の表面を陽極酸化して、表面に酸
化物層１０８、１１０を形成する。この陽極酸化は、酒
石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール溶液中で行
った。得られた酸化物層１０８、１１０の厚さは２００
０Åであった。なお、この酸化物１０８と１１０とは、
後のイオンドーピング工程において、オフセットゲイト
領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域
の長さを上記陽極酸化工程で決めることができる。

【００４２】次に、イオンドーピング法によって、活性
層領域（ソース／ドレイン、チャネルを構成する）に一
導電型を付与する不純物を添加する。このドーピング工
程において、ゲイト電極１０７とその周囲の酸化層１０
８、ゲイト電極１０９とその周囲の酸化層１１０をマス
クとして不純物（燐およびホウ素）を注入する。ドーピ
ングガスとして、フォスフィン（ＰＨ₃ ）およびジボラ
ン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を用い、前者の場合は、加速電圧を６０
〜９０ｋＶ、例えば８０ｋＶ、後者の場合は、４０〜８
０ｋＶ、例えば６５ｋＶとする。ドース量は１×１０¹⁵
〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えば、燐を２×１０¹⁵ｃｍ^-2、
ホウ素を５×１０¹⁵とする。ドーピングに際しては、一
方の領域をフォトレジストで覆うことによって、それぞ
れの元素を選択的にドーピングする。この結果、Ｎ型の
不純物領域１１４と１１６、Ｐ型の不純物領域１１１と
１１３が形成され、Ｐチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦＴ）の
領域とＮチャネル型ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）との領域を形成
することができる。

【００４３】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行う。レーザー光としては、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ² とし、一か所につき２〜１０
ショット、例えば２ショット照射する。このレーザー光
の照射時に基板を２００〜４５０℃程度に加熱すること
は有用である。このレーザアニール工程において、先に
結晶化された領域にはニッケルが拡散しているので、こ
のレーザー光の照射によって、再結晶化が容易に進行
し、Ｐ型を付与する不純物がドープされた不純物領域１
１１と１１３、さらにはＮを付与する不純物がドープさ
れた不純物領域１１４と１１６は、容易に活性化させる
ことができる。

【００４４】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
８を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを形成して、金属材料、例
えば、窒化チタンとアルミニウムの多層膜によってＴＦ
Ｔの電極・配線１１７、１２０、１１９を形成する。最
後に、１気圧の水素雰囲気で３５０℃、３０分のアニー
ルを行い、ＴＦＴを相補型に構成した半導体回路を完成
した。（図１（Ｄ））

【００４５】上記に示す回路は、ＰＴＦＴとＮＴＦＴと
を相補型に設けたＣＭＯＳ構造であるが、上記工程にお
いて、２つのＴＦＴを同時に作り、中央で切断すること
により、独立したＴＦＴを２つ同時に作製することも可
能である。

【００４６】図２に、図１（Ｄ）を上面から見た概要を
示す。図２における符号は図１の符号に対応する。図２
に示すように結晶化の方向は矢印で示す方向であり、ソ
ース／ドレイン領域の方向（ソース領域とドレイン領域
を結んだ線方向）に結晶成長が行われている。この構成
のＴＦＴの動作時において、キャリアはソース／ドレイ
ン間を針状あるいは柱状に成長した結晶に沿って移動す
る。即ちキャリアは針状あるいは柱状の結晶の結晶粒界
に沿って移動する。従って、キャリアが移動する際に受
ける抵抗を低減することができ、高移動度を有するＴＦ
Ｔを得ることができる。

【００４７】本実施例においては、Ｎｉを導入する方法
として、非晶質珪素膜１０４下の下地膜１０２上に選択
的にＮｉを薄膜（極めて薄いので、膜として観察するこ
とは困難である）として形成し、この部分から結晶成長
を行わす方法を採用したが、非晶質珪素膜１０４を形成
後に、選択的に珪化ニッケル膜を成膜する方法でもよ
い。即ち、結晶成長は非晶質珪素膜の上面から行っても
よいし、下面から行ってもよい。また、予め非晶質珪素
膜を成膜し、さらにイオンドーピング法を用いて、ニッ
ケルイオンをこの非晶質珪素膜１０４中に選択的に注入
する方法を採用してもよい。この場合は、ニッケル元素
の濃度を制御することができるという特徴を有する。

【００４８】〔実施例２〕本実施例は、アクティブ型の
液晶表示装置において、Ｎチャネル型ＴＦＴをスイッチ
ング素子として各画素に設けた例である。以下において
は、一つの画素について説明するが、他に多数（一般に
は数十万）の画素が同様な構造で形成される。また、Ｎ
チャネル型ではなくＰチャネル型でもよいことはいうま
でもない。また、液晶表示装置の画素部分に設けるので
はなく、周辺回路部分にも利用できる。また、イメージ
センサや他の装置に利用することができる。即ち薄膜ト
ランジタと利用するのであれば、特にその用途が限定さ
れるものではない。

【００４９】本実施例の作製工程の概略を図３に示す。
本実施例において、基板２０１としてはコーニング７０
５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、３００×４００ｍ
ｍ）を使用した。まず、下地膜２０３（酸化珪素）をス
パッタリング法で２０００Åの厚さに形成する。この後
選択的にニッケルを導入するために、メタルマスクや酸
化珪素膜、またはフォトレジスト等により、マスク２０
３を形成する。そして、スパッタリング法により珪化ニ
ッケル膜を成膜する。この珪化ニッケル膜は、スパッタ
リング法によって、厚さ５〜２００Å、例えば２０Åの
厚さに形成する。この珪化ニッケル膜は、化学式ＮｉＳ
ｉ_x 、０．４≦ｘ≦２．５、例えば、ｘ＝２．０で示さ
れる。このようにして、選択的に領域２０４に珪化ニッ
ケル膜が形成される。

【００５０】この後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣ
ＶＤ法で非晶質珪素膜２０５を１０００Åの厚さに形成
し、４００℃で１時間脱水素化を行った後、加熱アニー
ルによって結晶化を行う。このアニール工程は、水素還
元雰囲気下（好ましくは、水素の分圧が０．１〜１気
圧）、５５０℃で４時間行った。またこの加熱アニール
工程を窒素等の不活性雰囲気中で行ってもよい。

【００５１】このアニール工程において、非晶質珪素膜
２０５下の一部の領域には、珪化ニッケル膜が形成され
ているので、この部分から結晶化が起こる。この結晶化
の際、図３（Ｂ）の矢印で示すように、珪化ニッケルが
成膜されている部分２０４では、基板２０１に垂直方向
にシリコンの結晶成長が進行する。また、同様に矢印で
示されるように、珪化ニッケルが成膜されいていない領
域（領域２０５以外の領域）においては、基板に対し、
平行な方向に結晶成長が行われる。

【００５２】こうして、結晶性珪素よりなる半導体膜２
０５を得ることができる。次に、上記半導体膜２０５を
パターニングして島状の半導体領域（ＴＦＴの活性層）
を形成する。さらにテトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯ
Ｓ）を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ法に
よって、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ７０〜１２０ｎ
ｍ、典型的には１００ｎｍ）２０６を形成する。基板温
度はガラスの縮みやソリを防止するために４００℃以
下、好ましくは２００〜３５０℃とする。

【００５３】次に、公知のシリコンを主成分とした膜を
ＣＶＤ法で形成し、パターニングを行うことによって、
ゲイト電極２０７を形成する。その後、Ｎ型の不純物と
して、リンをイオンドーピング法で注入し、自己整合的
にソース領域２０８、チャネル形成領域２０９、ドレイ
ン領域２１０を形成する。そして、ＫｒＦレーザー光を
照射することによって、イオンドーピングのために結晶
性の劣化した珪素膜の結晶性を改善させる。このときに
はレーザー光のエネルギー密度は２５０〜３００ｍＪ／
ｃｍ² とする。このレーザー照射によって、このＴＦＴ
のソース／ドレインのシート抵抗は３００〜８００Ω／
ｃｍ² となる。

【００５４】その後、酸化珪素によって層間絶縁物２１
１を形成し、さらに、画素電極２１２をＩＴＯによって
形成する。そして、コンタクトホールを形成して、ＴＦ
Ｔのソース／ドレイン領域にクロム／アルミニウム多層
膜で電極２１３、２１４を形成し、このうち一方の電極
２１３はＩＴＯ１２１にも接続するようにする。最後
に、水素中で２００〜３００℃で２時間アニールして、
シリコンの水素化を完了する。このようにして、ＴＦＴ
を完成する。この工程は、同時に他の多数の画素領域に
おいても同時に行われる。

【００５５】本実施例で作製したＴＦＴは、ソース領
域、チャネル形成領域、ドレイン領域を構成する活性層
として、キャリアの流れる方向に結晶成長させた結晶性
珪素膜を用いているので、結晶粒界をキャリアが横切る
ことがなく、即ちキャリアが針状あるいは柱状の結晶の
結晶粒界に沿って移動することになるから、キャリアの
移動度の高いＴＦＴを得ることができた。本実施例で作
製したＴＦＴはＮチャネル型であり、その移動度は、９
０〜１３０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。従来の６００
℃、４８時間の熱アニールによる結晶化によって得られ
た結晶シリコン膜を用いたＮチャネル型ＴＦＴに移動
が、８０〜１００（ｃｍ² ／Ｖｓ）であったことと比較
すると、これはこれは大きな特性の向上である。

【００５６】また上記の工程と同様な作製方法によっ
て、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製し、その移動度を測定す
ると、５０〜８０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であった。これも従
来の６００℃、４８時間の熱アニールによる結晶化によ
って得られた結晶性珪素膜を用いたＰチャネル型ＴＦＴ
に移動が、３０〜６０（ｃｍ² ／Ｖｓ）であったことに
比較すると大きな特性の向上である。

【００５７】〔実施例３〕本実施例は、実施例２に示す
ＴＦＴにおいて、結晶の成長方向に大して垂直な方向に
ソース／ドレインを設けた例である。即ち、移動する方
向が結晶成長方向とは垂直になっており、針状あるいは
柱状の結晶の結晶粒界を横切るようにしてキャリアが移
動する構成とした例である。このような構成とすると、
ソース／ドレイン間の抵抗を高くすることができる。こ
れは、針状あるいは柱状に結晶成長した結晶の結晶粒界
を横切るようにキャリアが移動しなければならないため
である。本実施例の構成を実現するには、実施例２に示
す構成において、単にＴＦＴをどのような向きで設ける
かを設定すればよい。

【００５８】〔実施例４〕本実施例は、実施例２に示す
構成において、ＴＦＴを設ける向き（ここではソース／
ドレイン領域を結ぶ線で定義する。即ち、キャリアの流
れる向きでＴＦＴの方向を決めることとする）を結晶性
珪素膜の基板表面に対する結晶成長方向と任意の角度で
設定することにより、ＴＦＴの特性を選択することを要
旨とする。

【００５９】前述のように、結晶の成長方向にキャリア
を移動させる場合、キャリアは結晶粒界に沿って移動す
るので、その移動度を向上させることができる。一方、
結晶の成長方向に対して垂直な方向にキャリアを移動さ
せる場合には、キャリアが多数の粒界を横切らなければ
ならないので、キャリアの移動度は低下する。

【００６０】そこで、この２つの状態の間で、即ち結晶
成長方向とキャリアの移動する方向との角度を０〜９０
°の範囲において設定することにより、キャリアの移動
度を制御することができる。また別な見方をするなら
ば、上記結晶成長方向とキャリアの移動する方向との角
度設定することにより、ソース／ドレイン領域間の抵抗
を制御できることになる。勿論この構成は、実施例１に
示す構成にも利用することができる。この場合、図２に
示すスリット状のニッケル微量添加領域１００が０〜９
０°の範囲で回転し、矢印１０５で示す結晶の成長方向
と、ソース／ドレイン領域を結ぶ線との角度が０〜９０
°範囲で選択されることになる。そして、この角度が、
０°に近い場合は移動度が大きく、ソース／ドレイン間
の電気抵抗が小さい構成とすることができる。またこの
角度が９０°に近い場合、移動度が大きく、ソース／ド
レイン間の抵抗が小さい構成とすることができる。

【００６１】〔実施例５〕 図５に本実施例を示す。ガ
ラス基板３０１上に、厚さ１０００〜５０００Å、例え
ば、２０００Åの酸化珪素膜３０２を形成した後、厚さ
３００〜１５００Å、例えば、５００Åの非晶質珪素膜
３０３をプラズマＣＶＤ法によって形成した。さらに、
その上に、５００〜１５００Å、例えば、５００Åの酸
化珪素膜３０４を形成した。これらの成膜は連続的にお
こなうことが望ましい。そして、酸化珪素膜３０４を選
択的にエッチングして、ニッケルを導入する窓３０５を
開けた。窓３０５はＴＦＴのチャネルとなるべき部分を
避けて形成した。そして、スピンコーティング法によっ
てニッケル塩の膜３０７を形成した。この方法について
説明すると、まず、酢酸ニッケルもしくは硝酸ニッケル
を水もしくはエタノールによって希釈化して、２５〜２
００ｐｐｍ、例えば、１００ｐｐｍの濃度にした。

【００６２】一方、基板を過酸化水素水もしくは過酸化
水素水とアンモニアの混合溶液に浸漬して、極めて薄い
酸化珪素膜を非晶質珪素膜の露出した部分（窓３０５の
領域）に形成した。これは、上記のように調製したニッ
ケル溶液と非晶質珪素膜の界面親和性を向上させるため
である。

【００６３】このような処理をほどこした基板をスピナ
ーに設置し、緩やかに回転させ、基板上にニッケル溶液
を１〜１０ｍｌ、例えば、２ｍｌ滴下し、基板全面に溶
液を拡げた。この状態を１〜１０分、例えば、５分保持
した。その後、基板の回転数を上げてスピンドライをお
こなった。この操作はさらに複数回繰り返してもよい。
このようにしてニッケル塩の薄い膜３０７を形成した。
（図９（Ａ））

【００６４】そして、イオン注入法によって、珪素イオ
ンの注入をおこなった。この際には窓３０５の部分以
外、すなわち、酸化珪素膜３０４で覆われた領域におい
ては、珪素イオンが下地の酸化珪素膜３０２と非晶質珪
素膜３０３の界面に最も多くのイオンが注入されるよう
におこなった。なお、この際、窓３０５の領域では、酸
化珪素膜３０４が存在しないため、珪素イオンはより深
く注入される。

【００６５】その後、加熱炉において、５２０〜５８０
℃、４〜１２時間、例えば、５５０℃で８時間の加熱処
理をおこなった。雰囲気は窒素とした。この結果、ま
ず、窓３０５の直下の領域にニッケルが拡散し、この領
域から結晶化が始まった。そして、結晶化領域は矢印３
０８に示すように、その周囲に拡がっていった。（図９
（Ｂ））

【００６６】その後、大気もしくは酸素雰囲気におい
て、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）もし
くはＸｅＣｌエキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）を
１〜２０ショット、例えば、５ショット照射して、さら
に結晶性を向上せしめた。エネルギー密度は２００〜３
５０ｍＪ／ｃｍ² 、基板温度は２００〜４００℃とし
た。（図９（Ｃ））

【００６７】その後、珪素膜３０３をエッチングして、
ＴＦＴの領域を形成した。そして、全面に厚さ１０００
〜１５００Å、例えば、１２００Åの酸化珪素膜３０９
を形成し、実施例１の場合と同様にアルミニウムによっ
てＰＴＦＴのゲイト電極３１０、およびＮＴＦＴのゲイ
ト電極３１３、ならびに、それぞれの陽極酸化膜３１
２、３１４によってゲイト電極部を形成した。

【００６８】そして、これらゲイト電極部をマスクとし
て、実施例１と同様にＮ型およびＰ型の不純物をイオン
ドーピング法によって珪素膜中に注入した。この結果、
ＰＴＦＴのソース３１５、チャネル３１６、ドレイン３
１７、周辺回路のＮＴＦＴのソース３２０、チャネル３
１９、ドレイン３１８が形成された。その後、実施例１
と同様に全面にレーザー照射をおこなって、ドーピング
された不純物の活性化をおこなった。（図９（Ｄ））

【００６９】その後、層間絶縁物として厚さ３０００〜
８０００Å、例えば、５０００Åの酸化珪素膜３２１を
形成した。この後、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタ
クトホールを形成し、さらに、スパッタリング法によっ
て、窒化チタン（厚さ１０００Å）とアルミニウム（厚
さ５０００Å）の２層膜を堆積して、これをパターニン
グ・エッチングして、電極・配線３２２〜３２４を形成
した。このようにして、横方向に成長した結晶性珪素に
よってＰＴＦＴとＮＴＦＴからなるインバータ回路を形
成することができた。（図９（Ｅ））

【００７０】本実施例でも実施例１と同様に結晶化の方
向５０８はＴＦＴのキャリヤの流れる方向（すなわち、
ソース−ドレイン方向）と同じである。そのため、本実
施例でもＴＦＴのドレイン電流は大きくなり、高速動作
に都合がよい。加えて、本実施例では図９（Ｃ）にある
ように、レーザー照射をおこなう。この工程では、針状
に成長した珪素結晶間に残った非晶質成分まで結晶化さ
れ、しかも、この結晶化は針状結晶を核として、針状結
晶を太くするように結晶化する。このことは電流の流れ
る領域を拡げることとなり、より大きなドレイン電流を
流すことができる。

【００７１】この様子を図１０に示す。図１０は結晶化
した珪素膜を薄膜化して透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に
よって観察したものである。図１０（Ａ）は横方向への
成長によって結晶化した珪素膜の結晶化領域の先端付近
を見たものであり、針状の結晶が観察される。さらに、
その結晶の間には結晶化していない非晶質領域が多く存
在しているのが分かる。（図１０（Ａ））

【００７２】これを本実施例の条件でレーザー照射する
と、図１０（Ｂ）のようになる。この工程によって、図
１０（Ａ）の大部分の面積を占めていた非晶質領域は結
晶化するが、この結晶化は乱雑に発生するため、電気的
な特性はあまり良くない。注目すべきは、中央付近に観
察される針状結晶の間のもともと非晶質であったと思わ
れる領域の結晶状態である。ここは、針状結晶から結晶
化成長するように、太い結晶領域が形成されている。
（図１０（Ｂ））

【００７３】図１０は分かりやすくするために、比較
的、非晶質領域の多い結晶成長の先端領域を観察したも
のであったが、結晶成長の根元付近や中央付近でも同様
である。このように、レーザー照射によって、非晶質部
分を減らし、針状結晶を太くすることができ、ＴＦＴの
特性をさらに向上せしめることができる。

【００７４】

【発明の効果】基板上に設けられ、しかも基板表面に平
行な方向に結晶成長した結晶性を有する非単結晶珪素半
導体膜をＴＦＴに利用するに際して、ＴＦＴ内を移動す
るキャリアの流れの方向を結晶成長が行われた方向と合
わせることにより、キャリアの移動が針状または柱状に
成長した結晶の結晶粒界に沿って（平行に）移動する構
成とすることができ、高移動度を有するＴＦＴを得るこ
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の作製工程を示す。

【図２】 実施例の概要を示す。

【図３】 実施例の概要を示す。

【図４】 電子線回折像を示す。

【図５】 珪素膜の結晶構造を示す写真である。

【図６】 電子線回折像を示す。

【図７】 電子線回折像を示す。

【図８】 結晶方位を示した模式図である。

【図９】 実施例の作製工程を示す。

【図１０】実施例の結晶構造を示す。

【符号の説明】

１０１ ガラス基板 １０２ 下地膜（酸化珪素膜） １０３ マスク １０４ 珪素膜 １０５ 結晶化の方向 １０６ ゲイト絶縁膜 １０７ ゲイト電極 １０８ 陽極酸化層 １０９ ゲイト電極 １１０ 陽極酸化層 １１１ ソース／ドレイン領域 １１２ チャネル形成領域 １１３ ドレイン／ソース領域 １１４ ソース／ドレイン領域 １１５ チャネル形成領域 １１６ ドレイン／ソース領域 １１７ 電極 １１８ 層間絶縁物 １２０ 電極 １１９ 電極 ２０１ ガラス基板 ２０２ 下地膜（酸化珪素膜） ２０３ マスク ２０４ ニッケル微量添加領域 ２０５ 珪素膜 ２０６ ゲイト絶縁膜 ２０７ ゲイト電極 ２０８ ソース／ドレイン領域 ２０９ チャネル形成領域 ２１０ ドレイン／ソース領域 ２１１ 層間絶縁物 ２１３ 電極 ２１４ 電極 ２１２ ＩＴＯ（画素電極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 昭治 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 大谷 久 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた薄膜トランジスタを
   有する半導体装置であって、 前記薄膜トランジスタは、結晶性を有し、かつチャネル
   形成領域を含む半導体膜を有しており、 前記半導体膜において結晶粒界は一定の方向に存在して
   おり、 前記結晶粒界の方向は、チャネル形成領域においてキャ
   リアが移動する方向と±２０°程度の範囲で一致してい
   ることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 基板上に設けられた薄膜トランジスタを
   有する半導体装置であって、 前記薄膜トランジスタは、結晶性を有し、かつソース領
   域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む半導体膜
   を有しており、 前記チャネル形成領域上にゲート絶縁膜を介してゲート
   電極が設けられており、 前記半導体膜において結晶粒界は一定の方向に存在して
   おり、 前記結晶粒界の方向は、チャネル形成領域においてキャ
   リアが移動する方向と±２０°程度の範囲で一致してい
   ることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 薄膜トランジスタを有する半導体表示装
   置において、 前記薄膜トランジスタは絶縁表面上に形成された結晶性
   を有する半導体膜を含んでおり、 前記チャネル形成領域において、前記半導体膜は針状ま
   たは柱状の結晶が基板に平行な方向に存在しており、 前記針状または柱状の結晶どうしが交差する角度は約６
   ０度であることを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 薄膜トランジスタを有する半導体表示装
   置において、 前記薄膜トランジスタは絶縁表面上に形成された結晶性
   を有する半導体膜を含んでおり、 前記チャネル形成領域において、前記半導体膜は針状ま
   たは柱状の結晶が基板に平行な方向に存在しており、 前記針状または柱状の結晶どうしが交差する角度は約６
   ０度であり、 前記針状または柱状の結晶の方向と前記半導体装置にお
   けるキャリアが移動する方向とを一致せしめたことを特
   徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２において、前記
   結晶粒界の方向は、前記基板の表面に平行であることを
   特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項１、請求項２及び請求項５のいず
   れか１項において、前記結晶粒界の方向は〔１１０〕軸
   の方向に一致していることを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に
   おいて、前記半導体膜はニッケルを１×１０¹⁵ａｔｏｍ
   ｓ／ｃｍ³ 〜１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ の濃度で含
   んでいることを特徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７において、前記半
   導体膜は水素を含んでいることを特徴とする半導体装
   置。