JP2002008978A - 半導体膜の形成方法および半導体装置とディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不規則な核発生を抑制して、制御された結晶
核を種結晶として結晶成長させ、単一の結晶粒を種とす
る大きな結晶粒,あるいは大面積の結晶性半導体膜を半
導体膜の溶融温度以下で得る方法を提供する。 【解決手段】 この半導体膜の形成方法は、島状にパタ
ーニングされた二つ以上の半導体膜の領域２Ａ,２Ｂ
が、結合領域３で接することによって、結合領域３で結
ばれた連続した島状にパターニングする。そして、接し
合う半導体膜の島の一方２Ａに、触媒材料を導入して発
生させた結晶核から成長した結晶粒６の一つを、結合領
域３を通してもう一方の半導体膜の島状領域２Ｂまで結
晶成長させる。これにより、単一の結晶核を種とする大
きな結晶粒,あるいは大面積の結晶性半導体膜を半導体
膜の溶融温度以下で得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体膜の形成
方法、およびそれを用いて製造した半導体装置、並びに
その半導体装置を用いたディスプレイ装置に関する。

【０００２】特に、非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶
縁基板上に形成された非晶質または多結晶等の半導体膜
にエネルギーを加えて、単一の結晶核を種とする大きな
結晶粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を半導体膜の
溶融温度以下で得ることができる半導体膜の形成方法に
関する。

【０００３】さらには、その半導体膜を用いて優れた性
能を発揮することができる液晶ドライバーや半導体メモ
リー、半導体論理回路等の半導体装置、並びにそれら半
導体装置を用いたディスプレイ装置に関する。

【０００４】

【従来の技術】従来から、非単結晶絶縁膜上または非単
結晶絶縁基板上に非晶質または多結晶等の半導体膜を形
成し、これにエネルギーを加えて半導体膜を結晶化させ
る方法が知られている。この方法において、結晶方位の
揃った大きな結晶粒や、結晶方位の揃った大面積の結晶
性半導体膜を得るためには、不規則な核発生を抑制し
て、制御された結晶核を種結晶として結晶成長させるこ
とが重要である。

【０００５】〔第１従来例〕例えば、特開昭５８−８５
５１９号公報には、図７に示すように、絶縁性基板１２
３上にＳｉ膜１２４を形成することが記載されている。
このＳｉ膜１２４は、狭小領域１２５と、この狭小領域
１２５に連なる拡大形状領域とを有するようにパターン
加工されている。この拡大形状領域は、上記狭小領域１
２５から、ある角度をもって延びている縁部を有するよ
うにパターン加工されている。第１従来例では、この狭
小領域１２５に、熱エネルギーを照射することによっ
て、狭小領域１２５に種結晶機能を付与してＳｉ膜１２
４を単結晶化する方法が開示されている。この狭小領域
１２５の種結晶としては、狭小領域１２５に自然発生し
た結晶核を用いる方法と、単結晶片を狭小領域１２５上
に載置する方法とが開示されている。

【０００６】〔第２従来例〕また、ＵＳＰ４５７６６７
６には、図８に示すように、基板１２６上の多結晶Ｓｉ
膜１２７にくびれ部１２９を形成し、このくびれ部１２
９で―つの結晶方位の結晶粒のみを選択しようとする方
法が開示されている。なお、図８において、１２８は結
晶方位のフィルター部を示す。

【０００７】〔第３従来例〕また、Ａppl.Ｐhys.Ｌett.
Ｖol.４1 Ｎo.８ pp.747〜749 には、図９に示すよう
に、多結晶Ｓｉ膜１３０の一部をエッチング除去して砂
時計のようなくびれ部１３２を形成し、多結晶Ｓｉ膜１
３０の溶融部がこのくびれ部１３２を通過するように結
晶成長させることによって、結晶方位の選択を行ってい
る。なお、図９において、１３１は多結晶Ｓｉ膜の除去
部、１３３は結晶成長方向を示す矢印である。

【０００８】〔第４従来例〕一方、特開平６−２４４１
０３では、図１０(Ａ)に示すように、基板１３４上にＳ
ｉＯ₂膜１３５を介して非晶質Ｓｉ膜１３６を形成し、
さらに結晶化を助長する元素であるＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｐｔのうち少なくとも一種を含有する触媒材料の膜１３
７を、全面的に形成している。その後、アニールするこ
とによって、非晶質Ｓｉ膜１３６を結晶化させ、結晶性
Ｓｉ膜を得ている。なお、図１０(Ｂ)に示すように、上
記触媒膜１３７を部分的に形成することも開示されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す第１従来例のように、狭小領域１２５で発生した結
晶核を種結晶に結晶成長させる方法では、単結晶片を種
結晶に用いない場合には、一つの狭小領域１２５で発生
する結晶核が必ずしも一つとは限らない。このため、狭
小領域１２５に続く縁部がある角度をもって拡大する形
状をなす領域全体が常に単一の結晶粒になるわけではな
い。

【００１０】一方、第１従来例において単結晶片を種結
晶に用いる場合には、狭小領域１２５に続く縁部がある
角度をもって拡大する形状をなす領域全体を単結晶にで
きる。しかし、狭小領域１２５に種結晶とする結晶片を
貼り付けるので、固相成長させる場合は結晶片と結晶化
させたいＳｉ膜１２４の狭小領域１２５の貼り付け界面
が原子レベルで清浄であることが必要であるが、この清
浄界面を形成し、かつ保持しておくことは非常に困難で
ある。

【００１１】また、上記第２、第３従来例では、多結晶
Ｓｉの溶融部がエッチングで形成したくびれ部を通過す
る必要があるから、基板温度が上昇する。このため、基
板として、ガラス等の安価な基板を使えない。

【００１２】また、上記第４従来例では、図１０(Ａ)に
示すように、触媒材料の膜１３７を全面に形成する場合
には、結晶成長の核発生が、非晶質Ｓｉ膜１３６の全面
にわたって不規則に起こるので、μｍオーダーの結晶粒
が得られるに過ぎず、結晶方位の揃った大きな結晶粒や
単結晶領域を得ることは困難である。

【００１３】また、図１０(Ｂ)に示すように、触媒材料
の膜１３７を部分的に形成する場合には、触媒材料の膜
１３７を形成した領域から形成していない領域に向かっ
て結晶成長が進むが、触媒材料の膜１３７を形成した領
域内では不規則に核発生が起こる。このため、図１０
(Ａ)に示す方法に比べれば、より長い結晶粒や単結晶領
域にはなるが、結晶粒の幅はμｍオーダーのものが得ら
れるに過ぎず、さらに大きな結晶粒や単結晶領域を得る
ことは困難である。

【００１４】このような結晶方位が揃っていない半導体
膜を用いて液晶ドライバーや半導体メモリー、半導体論
理回路の半導体装置を作製した場含には、トランジスタ
のキャリア移動度が小さくなったり、閾値電圧が大きく
なり、またこれらのバラツキも大きくなってしまうとい
う問題がある。

【００１５】そこで、この発明の目的は、これらの問題
を解決して、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒、あ
るいは大面積の結晶性半導体膜を半導体膜の溶融温度以
下で得る方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体膜の形成方法は、基板上に形成し
た半導体膜にエネルギーを加えることによって半導体膜
を結晶化させる結晶化工程と、半導体膜の２つ以上の島
状領域が、その一部を接することによって、結果とし
て、連続した島状パターンになるように、半導体膜をパ
ターニングするパターニング工程とを備えたことを特徴
としている。

【００１７】この発明は、非単結晶絶縁膜上または非単
結晶絶縁基板上に形成された非晶質または多結晶等の半
導体膜にエネルギーを加えて、この半導体膜を結晶化さ
せる方法である。そして、この発明では、パターニング
工程によって、半導体膜を、２つ以上の島状領域がその
一部を接している連続した島状パターンにした。したが
って、上記接した部分を通して結晶成長させることで、
単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒、あるいは大面積
の結晶性半導体膜を半導体膜の溶融温度以下で得ること
が可能となる。

【００１８】また、一実施形態の半導体膜の形成方法
は、一部を接して隣り合う２つの半導体膜の島状領域の
うちの一方の島状領域で発生した結晶核から成長した結
晶粒の１つを、上記一方の島状領域と他方の島状領域と
が接した結合領域を通して、他方の島状領域まで結晶成
長させる。

【００１９】この実施形態では、半導体膜の島状にパタ
ーニングされた２つ以上の島状領域がその一部を接する
ことによって、結果として結合領域で結ばれた連続した
島状パターンになっている。この実施形態では、上記結
合領域を通して、他方の島状領域まで結晶成長させる。
これにより、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒、あ
るいは大面積の結晶性半導体膜を半導体膜の溶融温度以
下で得ることができる。

【００２０】また、他の実施形態の半導体膜の形成方法
は、上記半導体膜をシリコン材料で作製する。

【００２１】この実施形態では、上記半導体膜をシリコ
ン材料で作製するから、半導体膜形成が容易である。ま
た、一実施形態の半導体膜の形成方法は、固相成長によ
って、結晶成長させる。

【００２２】この実施形態では、固相成長によって、結
晶成長させるから、半導体膜形成が容易である。また、
他の実施形態の半導体膜の形成方法は、一部を接して隣
り合う半導体膜の島状領域のうちの核発生させる島状領
域に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕおよ
びこれらの金属を含む化合物のうちの少なくとも１つを
触媒材料として導入する。

【００２３】この実施形態では、接し合う半導体膜の島
状領域のうちの核発生させたい島状領域に、触媒材料を
導入した後、エネルギーを印加することによって、半導
体膜に触媒材料を導入した領域で核発生させる。そし
て、この結晶核から成長した結晶粒の一つを結合領域で
選択し、接し合うもう一方の半導体膜の島へ結晶成長を
進める。これにより、単一の結晶粒を種とする大きな結
晶粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を半導体膜の溶
融温度以下で得ることができる。

【００２４】また、一実施形態の半導体膜の形成方法
は、触媒材料を導入する領域と結合領域との間の距離を
１０μｍ以上にする。

【００２５】この実施形態では、触媒材料を導入する領
域と結合領域との距離を１０μｍ以上にすることで、結
晶核の選択効果が確実になる。

【００２６】また、他の実施形態の半導体膜の形成方法
は、一方の島状領域と他方の島状領域とが接した結合領
域の幅を２０μｍ以下にする。

【００２７】この実施形態では、結合領域の幅を２０μ
ｍ以下にすることで、結晶粒の選択効果がより確実にな
る。

【００２８】また、一実施形態の半導体膜の形成方法
は、結合領域で接した一方の島状領域と他方の島状領域
のうち、触媒材料が導入されない方の島状領域を、上記
結合領域から結晶粒の成長方向に略平行に延びる１辺
と、結晶粒の成長方向に対する直角方向から傾斜して延
びる１辺とを有するように形成する。

【００２９】この実施形態では、触媒材料が導入されな
い方の島状領域が、上記結合領域から結晶粒の成長方向
に略平行に延びる１辺と、結晶粒の成長方向に対する直
角方向から傾斜して延びる１辺とを有するように形成す
る。これにより、この１辺が上記直角方向に延びている
場合に比べて、不規則な結晶核、結晶粒の発生を防止で
き、より制御性よく、単一の結晶粒を種とする大きな結
晶粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を得ることがで
きる。

【００３０】また、他の実施形態の半導体膜の形成方法
は、触媒材料を導入しない複数の島状領域が、触媒材料
を導入する１つの島状領域に、それぞれ１つの結合領域
で接するように、上記半導体膜をパターニングする。

【００３１】この実施形態では、触媒材料を導入しない
複数の島状領域が、触媒材料を導入する１つの島状領域
に、それぞれ、１つの結合領域で接しているから、面積
効率良く、一つの結晶粒から成長した大きな結晶粒、あ
るいは大面積の結晶性半導体膜を形成できる。

【００３２】また、一実施形態の半導体装置は、上記半
導体膜の形成方法で作製した半導体膜を備えた。

【００３３】この半導体装置では、このようにして得ら
れる単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒、あるいは大
面積の結晶性半導体膜を備えることによって、トランジ
スタのキャリア移動度が大きくて、閾値電圧が小さく、
またこれらのバラツキも小さくでき、特性の向上が図れ
る。

【００３４】また、一実施形態のディスプレイ装置は、
上記半導体膜の形成方法を用いて製造された半導体装置
を備える。

【００３５】このディスプレイ装置では、このように結
晶性が改善された半導体膜を用いることによって、高性
能化を図った半導体装置を備えるから、高品位のディス
プレイ装置を実現できる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態に基づいて、より具体的に説明する。

【００３７】〔第１の実施の形態〕図１(Ａ)、(Ｂ)を参
照して、第１実施形態の半導体膜の形成方法を説明す
る。この第１実施形態は、まず、図１(Ａ)に示すよう
に、ＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスを用いて、ＳｉＯ₂膜１を、
常圧化学気相成長(常圧ＣＶＤ)法でガラス基板上に１０
０ｎｍの厚さで形成した。

【００３８】次に、Ｓｉ₂Ｈ₆ガスを用いて、非晶質Ｓｉ
膜２を、減圧化学気相成長(減庄ＣＶＤ)法によって、上
記ＳｉＯ₂膜１上に、１００ｎｍの厚さで形成した。そ
の後、その非晶質Ｓｉ膜２の一部を、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガ
スを用いて反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)法でエッチ
ングすることで、非晶質Ｓｉ膜２の２つの島状領域２
Ａ、２Ｂが結合領域３で接し合うように形成する。

【００３９】次に、図１(Ｂ)に示すように、ＳｉＨ₄ガ
スとＯ₂ガスを用いて、常圧ＣＶＤ法でもって、ＳｉＯ₂
膜４を、上記ＳｉＯ₂膜１、非晶質Ｓｉ膜２の全面に１
００ｎｍの厚さで形成した。その後、ＣＦ₄ガスとＣＨ
Ｆ₃ガスを用いて、ＲＩＥ法でもって、ＳｉＯ₂膜４の一
部をエッチングして長方形状の開口９を形成する。この
開口９によって、結合領域３で接し合う非晶質Ｓｉ膜２
の２つの島状領域２Ａ、２Ｂのうち、一方の島状領域２
Ａの一部を露出させて、露出部５を形成する。

【００４０】次に、この上に、スパッタリング法でＮｉ
を１ｎｍの厚さで蒸着し、炉で５８０℃になるように加
熱する。この加熱によって、結晶成長が、固相成長で横
方向に、非晶質Ｓｉ膜２の露出部５とＮｉが接した領域
から結合領域３を通って、もう一方の非晶質Ｓｉ膜２の
島状領域２Ｂまで進むようにする。

【００４１】ここで、上記加熱が均一な加熱であって
も、非晶質Ｓｉ膜２の露出部５ではＮｉと非晶質Ｓｉ膜
２が反応して結晶化が起こり易いので、まず、露出部５
で結晶核が発生し、この結晶核を種として成長した結晶
粒が、結合領域３を通ってもう一方の非晶質Ｓｉ膜２の
島状領域２Ｂまで進む。なお、ＳｉＯ₂膜４の上に蒸着
されたＮｉは、ＳｉＯ₂膜４が拡散のバリアとなり、Ｓ
ｉＯ₂膜４の下の非晶質Ｓｉ膜２とは反応しない。

【００４２】図１(Ｃ)に模式的に示すように、結晶粒６
は、その成長がＮｉが蒸着された非晶質Ｓｉ膜２の露出
部５のエッジ５Ａから略直角方向に進む。このエッジ５
Ａの端から成長した結晶粒は、結合領域３を通過し、接
し合う隣の非晶質Ｓｉ膜２の島状領域２Ｂまで成長を続
ける。これにより、島状領域２Ｂの全体が、―つの種結
晶から成長した大きな結晶粒、あるいは大面積の結晶性
半導体膜になる。

【００４３】なお、この実施形態では、図１(Ｃ)に示す
非晶質Ｓｉ膜２の露出部５と結合領域３との距離Ｌを１
０μｍより長くし、かつ、島状領域２Ａと２Ｂとが接す
る結合領域３の幅Ｗを２０μｍより短くした。その理由
は、非晶質Ｓｉ膜２の露出部５と結合領域３との距離Ｌ
が１０μｍより短くなると、図２(Ａ)に示すように、複
数の結晶粒６が結合領域３を通過する場合が生じるから
である。また、図２(Ｂ)に示すように、結合領域３の幅
Ｗが２０μｍより長くなっても、複数の結晶粒６が結合
領域３を通過する場合が生じるからである。

【００４４】〔第２の実施の形態〕次に、図３(Ａ)、
(Ｂ)を参照して、この発明の半導体膜の形成方法の第２
実施形態を説明する。

【００４５】この第２実施形態の半導体膜の形成方法
が、上述した第１実施形態と相異する点は、非晶質Ｓｉ
膜２２を露出させない側の非晶質Ｓｉ膜２２の島状領域
２２Ｂの形状であるので、この点を重点的に説明する。

【００４６】図３(Ａ)に示すように、この第２実施形態
では、第１実施形態と同様にして、ガラス基板上にＳｉ
Ｏ₂膜２１を１００ｎｍの厚さで形成し、次に、非晶質
Ｓｉ膜２２を１００ｎｍの厚さで形成する。

【００４７】次に、非晶質Ｓｉ膜２２を露出させない側
の非晶質Ｓｉ膜２２の島状領域２２Ｂを、ＣＦ₄ガスと
ＣＨＦ₃ガスを用いてＲＩＥ法で、エッチングしてパタ
ーニングした。これにより、結合領域２３から延びる島
状領域２２Ｂの２辺の内、結晶粒２６の成長方向に略平
行でない側の辺２８を、結晶粒２６の成長方向に対して
直角な方向よりも平行に近づくように傾斜させた。

【００４８】この第２実施形態では、図３(Ａ)に示すよ
うに、結晶粒２６の成長方向に略平行でない側の辺２８
を、結晶粒の成長方向に近づけるように、傾斜させたか
ら、図３(Ｂ)に示すような、島状領域２２Ｂのコーナー
２２Ｂ−１で不規則に発生した結晶核から成長した結晶
粒２７が発生するのを防止できる。したがって、島状領
域２２Ｂの全体を、より制御牲良く、一つの種結晶から
成長した大きな結晶粒あるいは大面積の結晶性半導体膜
に形成できる。

【００４９】〔第３の実施の形態〕次に、図４(Ａ)を参
照して、この発明の半導体膜の形成方法の第３実施形態
を説明する。

【００５０】この第３実施形態では、上述した第１実施
形態による半導体膜の形成方法の変形例に相当し、非晶
質Ｓｉ膜３２の露出させる１つの島状領域３２Ｆを囲む
ように、４個の島状領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２
Ｄをパターニングした。この４個の島状領域３２Ａ、３
２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄは、それぞれ、上記露出させる１
つの四角形の島状領域３２Ｆの四隅の結合領域３３Ａ、
３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄに連なっている。

【００５１】より具体的には、この第３実施形態では、
第１実施形態と同様にして、ガラス基板上にＳｉＯ₂膜
を１００ｎｍの厚さで形成し、次に、非晶質Ｓｉ膜３２
を１００ｎｍの厚さで形成する。

【００５２】その後、ＣＦ₄ガスとＣＨＦ₃ガスを用いて
ＲＩＥ法で、図４(Ａ)に示すように、非晶質Ｓｉ膜３２
を露出させる１つの島状領域３２Ｆに対して、非晶質Ｓ
ｉ膜３２を露出させない４個の四角形島状領域３２Ａ、
３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄが、異なる結合領域３３Ａ、３
３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄで接するようなパターンにエッチ
ングする。

【００５３】次に、第１実施形態と同様に、常圧ＣＶＤ
法でもって、ＳｉＯ₂膜３４を形成してから、上記Ｓｉ
Ｏ₂膜３４の略中央部をエッチングして開口部３９を形
成し、島状領域３２Ｆが部分的に露出する露出部３５を
形成する。

【００５４】この第３実施形態によれば、第１実施形態
で作製したのと同様の一つの結晶粒から成長した大きな
結晶粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を、面積効率
良く形成できる。

【００５５】なお、図４(Ａ)の説明では、４個の島状領
域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを、第１実施形態と
同様に、長方形状にパターニングしたが、図４(Ｂ)に示
すように、結晶成長方向に対して直角な方向よりも傾斜
した辺３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄを持つ４個の島
状領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄにパターニング
してもよい。この場合、第２実施形態で説明したのと同
様に、より制御牲良く、島状領域３２Ａ、３２Ｂ、３２
Ｃ、３２Ｄの全体を、一つの種結晶から成長した大きな
結晶粒あるいは大面積の結晶性半導体膜に形成できる。

【００５６】〔第４の実施の形態〕次に、図５を参照し
て、この発明の第４実施形態を説明する。この第４実施
形態は、半導体装置の製造方法である。

【００５７】この第４実施形態は、上述した第１、第
２、第３の各実施形態のいずれかにおいて作製した結晶
性Ｓｉ薄膜に、薄膜トランジスタ等を用いた液晶ドライ
バーや半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置
を形成する方法である。

【００５８】具体的には、図５に示すように、ＳｉＯ₂
膜５１を、ガラス基板５８上に１００ｎｍの厚さに形成
し、上述した各実施形態のいずれかで作製した結晶性Ｓ
ｉ薄膜５９を、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスを用いてＲＩＥ法で
パターニングする。 次に、通常の薄膜トランジスタの
作製と同様にして、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ(テト
ラエトキシシラン)ガスとＯ₃ガスを用いて、ゲートＳｉ
Ｏ₂膜６０を形成する。

【００５９】さらに、スパッタリング法で、ＷＳｉ₂/多
結晶Ｓｉゲート電極６１を形成し、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガス
を用いてＲＩＥ法でパターニングする。

【００６０】次に、イオンドーピング法で、Ｐ(リン)お
よびＢ(ホウ素)を、ソース・ドレインに注入し、ＴＥＯ
ＳガスとＯ₃ガスを用いてプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜
６２を形成した後、ＣＦ₄ガスとＣＨＦ₃ガスを用いてＲ
ＩＥ法でコンタクトホールエッチングを行う。これに、
スパッタリング法でＡｌ配線６３を形成し、ＢＣｌ₃ガ
スとＣｌ₂ガスを用いてＲＩＥ法でパターニングした
後、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスおよびＮ₂ガスを用いてプ
ラズマＣＶＤ法でＳｉＮ保護膜６４を形成する。

【００６１】最後に、ＳｉＮ保護膜６４の一部を、ＣＦ
₄ガスとＣＨＦ₃ガスを用いてＲＩＥ法でエッチングし窓
開けして、薄膜トランジスタや抵抗、キャパシタ等の半
導体素子からなる液晶ドライバーや半導体メモリー、半
導体論理回路等の半導体装置を作成する。

【００６２】〔第５の実施の形態〕次に、図６(Ａ)、
(Ｂ)を参照して、この発明の第５実施形態としての液晶
ディスプレイ装置の製造方法を説明する。

【００６３】この第５実施形態は、上述した第４実施形
態と同様の方法で、ガラス基板上に作製した結晶性Ｓｉ
薄膜に形成した半導体装置を用いて液晶ディスプレイ装
置を作製する方法である。

【００６４】具体的には、この第５実施形態は、図６
(Ａ)に示すように、第４実施形態でＡｌ配線６３まで作
製した半導体装置上に、ＴＥＯＳガスとＯ₃ガスを用い
てプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜６５を形成し、ＣＦ₄ガ
スとＣＨＦ₃ガスを用いてＲＩＥ法でスルーホールエッ
チングを行う。

【００６５】次に、スパッタリング法で、画素電極とし
てＩＴＯ膜６６を形成し、ＨＣｌとＦｅＣｌ₃を用いて
パターニングした後、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスおよびＮ
₂ガスを用いてプラズマＣＶＤ法でもってＳｉＮ保護膜
６７を形成する。その上に、配向膜としてポリイミド膜
６８をオフセット印刷法で形成し、ラビング処理を行
う。

【００６６】一方、図６(Ｂ)に示すように、別のガラス
基板６９に、赤、緑、青の各感光性樹脂薄膜の付いたフ
ィルムを熱圧着して転写し、フォトリソグラフィー工程
によるパターニングを行う。さらに、各赤、緑、青間の
スペースにブラックマトリクス部を同様に形成して、カ
ラーフィルター７０を作製する。

【００６７】この上に、スパッタリング法でＩＴＯ膜７
１を形成し、さらに配向膜としてポリイミド膜７２をオ
フセット印刷法で形成し、ラビング処理を行う。このカ
ラーフィルターを形成したガラス基板６９と、薄膜トラ
ンジスタ等の半導体装置を形成したガラス基板５８をシ
ール樹脂で張り合わせる。この際、２枚のガラス基板５
８、６９間のスペースを一定にするため、真球状のシリ
カを散布しておく。両基板間に液晶を注入した後、偏光
板を張り付け、周辺にドライバーＩＣ等を実装して液晶
ディスプレイを作製した。

【００６８】尚、上記第１〜第５の実施形態では、ガラ
スにＳｉＯ₂膜を形成したものを基板に用いたが、ガラ
スにＳｉＮ膜を形成したものや、これらを積層して形成
したもの、あるいば石英基板や、セラミック基板を使用
してもよい。

【００６９】また、半導体膜としてはＳｉ膜を例にあげ
たが、ＳｉＧｅ膜やＧａＡｓ膜、ＩｎＰ膜等でも良い。
さらに、Ｎｉの蒸着厚さとしては、１ｎｍの例で説明し
たが、０.１ｎｍから１００ｎｍ相当の厚さとしてもよ
い。また、Ｎｉの導入はスパッタリング法による蒸着を
用いたが、真空蒸着等，他の蒸着法を採用してもよく、
蒸着法以外にＮｉを含む溶液を塗布したり、イオン注
入、ＣＶＤ等の方法を用いてもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上より明らかなように、この半導体膜
の形成方法は、非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基
板上に形成された非晶質または多結晶等の半導体膜にエ
ネルギーを加えて、この半導体膜を結晶化させる方法で
あって、パターニング工程によって、半導体膜を、２つ
以上の島状領域がその一部を接している連続した島状パ
ターンにする。したがって、上記接した部分を通して結
晶成長させることで、単一の結晶粒を種とする大きな結
晶粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を半導体膜の溶
融温度以下で得ることが可能となる。

【００７１】また、一実施形態の半導体膜の形成方法
は、半導体膜の島状にパターニングされた２つ以上の島
状領域がその一部を接することによって、結果として結
合領域で結ばれた連続した島状パターンになっている。
この実施形態では、上記結合領域を通して、一方の島状
領域から他方の島状領域まで結晶成長させるから、単一
の結晶粒を種とする大きな結晶粒、あるいは大面積の結
晶性半導体膜を半導体膜の溶融温度以下で得ることがで
きる。

【００７２】また、他の実施形態の半導体膜の形成方法
は、上記半導体膜をシリコン材料で作製するから、半導
体膜形成が容易である。また、一実施形態の半導体膜の
形成方法は、固相成長によって、結晶成長させるから、
半導体膜形成が容易である。また、他の実施形態の半導
体膜の形成方法は、接し合う半導体膜の島状領域のうち
の核発生させたい島状領域に、触媒材料を導入した後、
エネルギーを印加することによって、半導体膜に触媒材
料を導入した領域で核発生させる。そして、この結晶核
から成長した結晶粒の一つを結合領域で選択し、接し合
うもう一方の半導体膜の島へ結晶成長を進める。これに
より、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒、あるいは
大面積の結晶性半導体膜を半導体膜の溶融温度以下で得
ることができる。

【００７３】また、一実施形態の半導体膜の形成方法
は、触媒材料を導入する領域と結合領域との距離を１０
μｍ以上にすることで、結晶核の選択効果が確実にな
る。

【００７４】また、他の実施形態の半導体膜の形成方法
は、一方の島状領域と他方の島状領域とが接した結合領
域の幅を２０μｍ以下にすることで、結晶粒の選択効果
がより確実になる。

【００７５】また、一実施形態は、触媒材料が導入され
ない方の島状領域が、上記結合領域から結晶粒の成長方
向に略平行に延びる１辺と、結晶粒の成長方向に対する
直角方向から傾斜して延びる１辺とを有するように形成
する。これにより、この１辺が上記直角方向に延びてい
る場合に比べて、不規則な結晶核、結晶粒の発生を防止
でき、より制御性よく、単一の結晶粒を種とする大きな
結晶粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を得ることが
できる。

【００７６】また、他の実施形態は、触媒材料を導入し
ない複数の島状領域が、触媒材料を導入する１つの島状
領域に、それぞれ、１つの結合領域で接しているから、
面積効率良く、一つの結晶粒から成長した大きな結晶
粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を形成できる。

【００７７】また、一実施形態の半導体装置は、このよ
うにして得られる単一の結晶粒を種とする大きな結晶
粒、あるいは大面積の結晶性半導体膜を備えることによ
って、トランジスタのキャリア移動度が大きくて、閾値
電圧が小さく、またこれらのバラツキも小さくでき、特
性の向上が図れる。

【００７８】また、他の実施形態のディスプレイ装置
は、このように結晶性が改善された半導体膜を用いるこ
とによって、高性能化を図った半導体装置を備えるか
ら、高品位のディスプレイ装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１(Ａ)、(Ｂ)は、この発明の半導体膜の形
成方法の第１実施形態を説明する工程図であり、図１
(Ｃ)は、この第１実施形態で作製される結晶粒の模式図
である。

【図２】 図２(Ａ)は、第１実施形態の半導体膜の形成
方法において、非晶質Ｓｉ膜の露出部と結合領域との距
離Ｌが１０μｍより短くなった場合の結晶粒の成長の様
子を示す模式図であり、図２(Ｂ)は、結合領域の幅Ｗが
２０μｍより長くなった場合の結晶粒の成長の様子を示
す模式図である。

【図３】 図３(Ａ)は、この発明の半導体膜の形成方法
の第２実施形態で作製するパターン形状を説明する図で
あり、図３(Ｂ)は、図３(Ａ)と比較するためのパターン
形状図である。

【図４】 図４(Ａ)は、この発明の半導体膜の形成方法
の第３実施形態で形成するパターン形状を説明する図で
あり、図４(Ｂ)は、第３実施形態で作製するパターン形
状の変形例を示す図である。

【図５】 この発明の第４実施形態としての半導体装置
の製造方法を説明するための断面図である。

【図６】 図６(Ａ)、図６(Ｂ)は、この発明の第５実施
形態としての液晶ディスプレイ装置の製造方法を説明す
るための断面図である。

【図７】 第１従来例の半導体膜の形成方法を説明する
ための平面図である。

【図８】 第２従来例の半導体膜の形成方法を説明する
ための斜視図である。

【図９】 第３従来例の半導体膜の形成方法を説明する
ための平面図である。

【図１０】 図１０(Ａ)、図１０(Ｂ)は、第４従来例の
半導体膜の形成方法について説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

１,４,２１,６５…ＳｉＯ₂膜、２,２２,３２…非晶質Ｓ
ｉ膜、２８,３８Ａ〜３８Ｄ…辺、２Ａ,２Ｂ,２２Ａ,２
２Ｂ,３２Ａ〜３２Ｄ…島状領域、３,２３,３３Ａ〜３
３Ｄ…結合領域、５,２５,３５…非晶質Ｓｉ膜の露出
部、６,２６…結晶粒、２７…不規則に発生した結晶核
から成長した結晶粒、９,３９…開口、５８,６９…ガラ
ス基板、５９…結晶性Ｓｉ薄膜、６０…ゲートＳｉＯ₂
膜、６１…ゲート電極、６３…Ａｌ配線、６４,６７…
ＳｉＮ保護膜、６６,７１…ＩＴＯ膜、６８,７２…ポリ
イミド膜、７０…カラーフィルター、Ｌ…触媒材料を導
入する領域と結合領域との距離、Ｗ‥…結合領域の幅。
１２３…絶縁性基板、１２４…Ｓｉ膜、１２５…狭小領
域、１２６,１３４…基板、１２７,１３０…多結晶Ｓｉ
膜、１２８…結晶方位のフィルター部、１２９,１３２
…くびれ部、１３１…多結晶Ｓｉ膜の除去部、１３３…
結晶成長方向、１３７…触媒材料の膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 悛公 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F052 AA11 CA04 DA02 DB02 EA01 FA02 FA03 FA06 JA01 5F110 BB01 CC02 DD02 DD13 EE05 EE09 EE14 EE44 FF02 FF30 GG02 GG13 GG23 GG47 HJ01 HJ12 HL03 HL23 NN02 NN03 NN23 NN24 NN35 NN71 NN72 PP01 PP10 PP23 PP34 PP36 QQ11

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成した半導体膜にエネルギー
   を加えることによって半導体膜を結晶化させる結晶化工
   程と、 半導体膜の２つ以上の島状領域が、その一部を接するこ
   とによって、結果として、連続した島状パターンになる
   ように、半導体膜をパターニングするパターニング工程
   とを備えたことを特徴とする半導体膜の形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体膜の形成方法に
   おいて、 一部を接して隣り合う２つの半導体膜の島状領域のうち
   の一方の島状領域で発生した結晶核から成長した結晶粒
   の１つを、上記一方の島状領域と他方の島状領域とが接
   した結合領域を通して、他方の島状領域まで結晶成長さ
   せることを特徴とする半導体膜の形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体膜の形
   成方法において、 上記半導体膜をシリコン材料で作製することを特徴とす
   る半導体膜の形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   半導体膜の形成方法において、 固相成長によって、結晶成長させることを特徴とする半
   導体膜の形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   半導体膜の形成方法において、 一部を接して隣り合う半導体膜の島状領域のうちの核発
   生させる島状領域に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、
   Ｐｄ、Ａｕおよびこれらの金属を含む化合物のうちの少
   なくとも１つを触媒材料として導入することを特徴とす
   る半導体膜の形成方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
   半導体膜の形成方法において、 触媒材料を導入する領域と結合領域との間の距離を１０
   μｍ以上にすることを特徴とする半導体膜の形成方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の
   半導体膜の形成方法において、 一方の島状領域と他方の島状領域とが接した結合領域の
   幅を２０μｍ以下にすることを特徴とする半導体膜の形
   成方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の
   半導体膜の形成方法において、 結合領域で接した一方の島状領域と他方の島状領域のう
   ち、触媒材料が導入されない方の島状領域を、 上記結合領域から結晶粒の成長方向に略平行に延びる１
   辺と、結晶粒の成長方向に対する直角方向から傾斜して
   延びる１辺とを有するように形成することを特徴とする
   半導体膜の形成方法。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の
   半導体膜の形成方法において、 触媒材料を導入しない複数の島状領域が、触媒材料を導
   入する１つの島状領域に、それぞれ１つの結合領域で接
   するように、上記半導体膜をパターニングすることを特
   徴とする半導体膜の形成方法。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１つに記載
    の半導体膜の形成方法で作製した半導体膜を備えた半導
    体装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至９のいずれか１つに記載
    の半導体膜の形成方法を用いて製造された半導体装置を
    備えるディスプレイ装置。