JP2002158172A

JP2002158172A - 半導体薄膜、半導体薄膜の製造方法、及び単結晶半導体薄膜の製造装置、並びに単結晶薄膜の製造方法、単結晶薄膜基板、半導体装置

Info

Publication number: JP2002158172A
Application number: JP2001244163A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤; Hideharu Nakajima; 英晴中嶋; Setsuo Usui; 節夫碓井; Yasuhiro Sakamoto; 安広坂本; Yoshifumi Mori; 芳文森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の多結晶薄膜とは一線を画し高性能で特
性の安定したデバイスの作製に好適であってしかもその
製造工程も短い時間で十分な半導体薄膜とその製造方
法、及びその製造装置を提供する。【解決手段】非単結晶薄膜を単結晶化するに際して、
レーザー照射などの熱処理の条件を絶縁基板３１上で多
結晶粒が略規則的に整列される条件とし、略規則的に整
列された多結晶粒の表面状態のままに熱処理することで
結晶化が進んだ構造の単結晶薄膜３４が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶ディスプレイな
どに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や、メモリ
ーその他の電子デバイス等に適用される半導体薄膜、そ
の製造方法、及び単結晶半導体薄膜の製造装置、並びに
単結晶薄膜の製造方法、単結晶薄膜基板、半導体装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁基板上に形成したシリコンな
どの半導体薄膜としては、ＳＯＩ(Silicon On Insulato
r)構造や、液晶ディスプレイなどに実用化されているガ
ラス基板上のアモルファスシリコン薄膜や多結晶シリコ
ン薄膜などが知られている。

【０００３】ＳＯＩ構造は単結晶シリコンウエハを貼り
合わせてその後に研磨するなどの各工程を経て形成され
ることが多く、基本的に単結晶シリコンウエハを用いて
いることから、ほぼ完全な単結晶の部分を薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）などの能動素子のチャンネル部分等に用
いることができる。このため製造される素子は、移動度
も高くでき電子デバイスとしては良好な特性を有してい
る。しかし、その製造方法は、単結晶シリコンウエハを
貼り合わせたり、研磨したりする工程が入るため、工程
数が増加して生産時間も長くなり、製造のコストも高く
なる傾向がある。

【０００４】これに対して、シランガスに水素やＳｉＦ
_４を混合して減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いる
ことによって堆積する薄膜を結晶化する方法や、アモル
ファスシリコンを前駆体として基板上にアモルファスシ
リコン薄膜を形成し次いでアモルファスシリコン薄膜を
結晶化する方法が知られる。前者の堆積する薄膜を結晶
化する方法では、シリコン薄膜の形成と同時に結晶化を
進めるものであるが、基板自体を比較的高温の６００℃
以上にする必要があり、このため高温に耐える高価な石
英基板などを用いる必要があり、安価なガラス基板を用
いた場合は耐熱性の面から基板に変形や歪など問題が発
生してしまう。後者の一旦アモルファスシリコン薄膜を
形成しこれを結晶化する方法としては、長時間（例えば
２０時間）のアニ−ルを行う固相成長法も知られている
が、長時間にわたるために、実用性を欠き、また製造コ
ストも高くなるという問題が生ずる。そこで、活発に研
究され開発されている方法として、エキシマレーザーを
照射してそのビームで結晶化を進める方法が知られてい
る。

【０００５】エキシマレーザーを照射して結晶化する方
法では、基板上にアモルファスシリコン薄膜や多結晶シ
リコン薄膜を形成し、これをエキシマレーザーを照射す
ることで薄膜を加熱して結晶化が行われる。例えば、Xe
Clエキシマレーザーの場合、発光波長が３０８nmであ
り、その吸収係数は１０^６ｃｍ^−１程度であることか
ら、アモルファスシリコン薄膜の表面から１０nm程度の
領域で吸収され、基板の温度はほとんど上昇することな
く、アモルファスシリコン薄膜の表面付近が結晶化され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなエキシマレーザーを照射して溶融したものを再結晶
化する技術では、アモルファスシリコン薄膜や多結晶シ
リコン薄膜の多結晶シリコン粒を成長させることはでき
るが、レーザービームのショット回数によって形成され
る薄膜の結晶品質を安定して制御することは極めて難し
く、製造される薄膜トランジスタの閾値電圧にもばらつ
きが生じ易い。

【０００７】また、非晶質半導体薄膜の成膜に例えばPE
CVD（プラズマエンハンスドCVD）装置を使用した場合、
膜中には水素が約２から２０at％程度含有される。そこ
で基板ごと電気炉に入れ、例えば４２０℃、約２時間程
度の脱ガス処理が施されている。この脱ガス処理によ
り、膜中の水素濃度は２at％未満となる。

【０００８】ところが、膜中の水素を脱ガス化するため
に電気炉でのアニ−ル処理においては、例えば４２０℃
で長時間な２時間程度の脱ガスアニ−ルを行う必要があ
り、それが生産性の向上の妨げとなっており、且つ脱ガ
ス処理のための熱によって基板が変形したり、あるいは
ガラスからの汚染物質が薄膜に拡散するなどの問題が生
じている。

【０００９】そこで、本発明は、従来の多結晶薄膜とは
一線を画し高性能で特性の安定したデバイスの作製に好
適であってしかもその製造工程も短い時間で十分な半導
体薄膜とその製造方法、及びその製造装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】また、本発明の他の目的は、このような高
い結晶品質の半導体薄膜を活用した半導体装置および単
結晶薄膜基板を提供することである。

【００１１】そして、本発明のさらに他の目的は、製造
工程中に発生する薄膜の爆発を未然に防止して、且つ短
時間に脱水素化を図る半導体薄膜の製造方法と、単結晶
半導体薄膜の製造装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述の技術的な課題を解
決するため、本発明者らは鋭意研究を進め、その結果と
して多結晶薄膜の結晶粒径が十分に大きくならない原因
の１つは、そのレーザー照射そのものの照射方法にある
点を見出し、従来の多結晶薄膜とは一線を画した画期的
な半導体薄膜とその製造方法を創出するに至ったもので
ある。すなわち、本発明者らは、レーザー照射による非
単結晶薄膜を結晶化するに際して、レーザー照射の条件
を薄膜表面に略規則的の多結晶粒が整列されて形成され
るように照射し、その突部を有した表面状態のままに熱
処理することで結晶化が進んだ構造の半導体結晶化薄膜
を形成できることを案出したものである。

【００１３】すなわち、前述の技術的な課題を解決する
ための本発明の単結晶薄膜の製造方法は、絶縁基体上に
非単結晶薄膜を形成する工程と、該非単結晶薄膜に第１
の熱処理を施して多結晶粒が略規則的に整列した多結晶
薄膜を形成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を
施して前記多結晶粒が結合した単結晶薄膜を形成する工
程とを有することを特徴とする。

【００１４】多結晶粒が結合した単結晶領域を大きく成
長させるためには、隣接する多結晶粒同士が結合し易い
という状態にあることが好ましく、その前提として多結
晶粒が略規則的に整列した状態を形成することで熱処理
後の再結晶化の際に共通した多結晶粒の結晶方向性、た
とえば（１００）面の如き配向面の共通の界面が得ら
れ、その秩序性を利用しながら円滑な多結晶粒同士の結
合が生ずる。したがって、熱処理の際には、多結晶粒同
士の結合が容易に進められ、単結晶化が進められる。

【００１５】また、前述の技術的な課題を解決するため
の本発明の他の単結晶薄膜の製造方法は、絶縁基体上に
非単結晶薄膜を形成する工程と、該非単結晶薄膜にレー
ザー光を照射して、前記非単結晶薄膜を単結晶薄膜に変
換する工程とを有することを特徴とする。

【００１６】以上のような単結晶薄膜の製造方法におい
ては、非単結晶薄膜にレーザー光を照射することで、非
単結晶薄膜は多結晶半導体膜や単結晶半導体膜に結晶成
長して行き、非単結晶薄膜を単結晶薄膜に変換すること
が可能となる。

【００１７】また、前述の技術的な課題を解決するため
の本発明のさらに他の単結晶薄膜の製造方法は、絶縁基
体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該非単結晶薄膜
に第１の熱処理を施して共通の境界条件を導入しながら
多結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱
処理を施して前記多結晶粒が結晶化した単結晶薄膜を形
成する工程とを有することを特徴とする。

【００１８】以上のような単結晶薄膜の製造方法におい
ては、第１の熱処理を施して多結晶粒に共通の境界条件
を導入することで、熱処理後の再結晶化の際に共通した
多結晶粒の結晶方向性、たとえば（１００）面などの配
向面の如き共通の界面が得られ、その秩序性を利用しな
がら円滑な多結晶粒同士の結合が生ずる。したがって、
熱処理の際には、多結晶粒同士の結合が容易に進めら
れ、単結晶化が進められる。

【００１９】そして、前述の技術的な課題を解決するた
めの本発明の単結晶薄膜基板は、絶縁基体上にレーザー
照射によって単結晶化された単結晶薄膜を有することを
特徴とする。以上のような本発明の単結晶薄膜基板の一
例によれば、単結晶薄膜の結晶化は、多結晶薄膜を該薄
膜中の多結晶粒を略規則的に整列させた後、熱処理を施
すことで行われる。

【００２０】また、上述した本発明は前記単結晶薄膜基
板を用いて形成される半導体装置も含むものである。

【００２１】前述の技術的な課題を解決するための本発
明の半導体薄膜は、絶縁基体上に形成された半導体薄膜
において、該半導体薄膜の表面に微小突部を有すること
を特徴とする。

【００２２】以上のような、本発明の半導体薄膜におけ
る微小突部は、その作製過程で形成される多結晶薄膜の
粒界部同士が衝突して重なりあった部分であり、このよ
うな微小突部が観察されることは後述する顕微鏡写真な
どによって確認されている。このような微小突部の一例
としては、例えば、微小突部の高さは２０ｎｍ以下であ
り、好ましくは１０ｎｍ以下であり、より好ましくは５
ｎｍ以下である。また、微小突部の径は０．１μｍ以下
であり、好ましくは０．０５μｍ以下である。微小突部
の曲率半径は６０ｎｍ以上であり、好ましくは１８０ｎ
ｍ以上であり、より好ましくは２５０ｎｍ以上である。
微小突部の密度は１ｘ１０^１０個／ｃｍ ^２以下であり、
好ましくは１ｘ１０^９個／ｃｍ^２以下であり、より好ま
しくは５ｘ１０^８個／ｃｍ^２以下である。また、本発明
において、単結晶領域の大きさは１ｘ１０^−８ｃｍ^２以
上であって、好ましくは１ｘ１０^−７ｃｍ^２以上であ
る。この単結晶領域は絶縁基体上の全面に形成される必
要はなく、多結晶薄膜の一部に存在する構造であっても
良い。

【００２３】また、前述の技術的な課題を解決するため
の本発明の半導体薄膜の製造方法は、前記微小突部を伴
う薄膜表面を有した半導体薄膜の製造方法であって、絶
縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該非単結晶
薄膜に第１の熱処理を施して多結晶薄膜を形成する工程
と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して半導体結晶化
薄膜を形成する工程とを有し、該半導体結晶化薄膜の表
面の突部を前記多結晶薄膜の表面の突部より低くするこ
とを特徴とする。

【００２４】以上のような本発明の半導体薄膜の製造方
法においては、第１の熱処理の際には、多結晶薄膜の表
面には突部が形成されるが、これは多結晶薄膜の粒界部
同士が重なりあって表面より突出した形状となるもので
あり、このような表面形状を呈する熱処理の一例として
は、例えばエキシマレーザーの照射が挙げられる。第２
の熱処理の際に、単結晶薄膜の表面の突部を多結晶薄膜
の表面の突部より低くすることで、粒界部同士が重なり
あった部分の粒界が少なくとも一部で実質的に消失し、
結晶品質の優れた単結晶領域などを含んだ薄膜が得られ
ることになる。

【００２５】また、前述の技術的な課題を解決するため
の本発明の他の半導体薄膜の製造方法は、絶縁基体上に
非単結晶薄膜を形成する工程と、該非単結晶薄膜に第１
の熱処理を施して多結晶薄膜を形成する工程と、該多結
晶薄膜に第２の熱処理を施して半導体結晶化薄膜を形成
する工程とを有し、該半導体結晶化薄膜の表面の突部の
曲率半径を前記多結晶薄膜の表面の突部の曲率半径より
大きくすることを特徴とする。

【００２６】以上のような半導体薄膜の製造方法におい
ては、第２の熱処理の際には、半導体結晶化薄膜の表面
の突部の曲率半径が多結晶薄膜の表面の突部の曲率半径
より大きくされ、粒界部同士が重なりあった部分の粒界
が少なくとも一部で実質的に消失し、結晶品質の優れた
半導体薄膜が得られることになる。

【００２７】そして、前述の技術的な課題を解決するた
めの本発明のさらに他の半導体薄膜の製造方法は、絶縁
基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該非単結晶薄
膜に第１の熱処理を施して多結晶粒が略規則的に整列し
た多結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄膜に第２の
熱処理を施して少なくとも３個以上の前記多結晶粒が境
界をなす位置に存在する微小突部の高さを２５nm以下と
し、或いは該微小突部の曲率半径を６０nm以上とする工
程とを有することを特徴とする。

【００２８】以上のような半導体薄膜の製造方法におい
ては、第１の熱処理を多結晶粒が略規則的に整列するよ
うに施すことで、規則的に整列した複数の多結晶粒が得
られ、その状態において第２の熱処理を施すことで、粒
界部同士が重なりあった部分の粒界が少なくとも一部で
実質的に消失し、結晶品質の優れた半導体結晶化薄膜が
得られる。

【００２９】また、上述した本発明は、前述の如き微小
突部を伴う単結晶薄膜を構造の一部に用いた半導体装置
と基板に及ぶものであることを特徴とする。

【００３０】前述の技術的な課題を解決するための本発
明の半導体薄膜の製造方法は、基体上に形成された半導
体薄膜の製造方法において、水素含有非単結晶半導体薄
膜を形成する工程と、該水素含有非単結晶薄膜に第１の
熱処理を施して水素除去を行う工程と、該水素除去後の
非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理を施して粒塊がほ
ぼ整列した多結晶膜を形成する工程とを有することを特
徴とする。

【００３１】以上のような半導体薄膜の製造方法におい
ては、第２の熱処理を施して粒塊がほぼ整列した多結晶
膜を形成するため、結晶化が進んだ構造の半導体結晶化
薄膜を形成できる。第１の熱処理で水素除去を行ってか
ら、連続的に第２の熱処理で多結晶膜を形成すること
で、大気開放などが不要であり短時間での処理が実現さ
れる。また、脱水素が熱処理に先行することから、膜の
爆発も未然に防止できる。

【００３２】また、前述の技術的な課題を解決するため
の本発明の他の半導体薄膜の製造方法は、基体上に形成
された半導体薄膜の製造方法において、水素含有非単結
晶半導体薄膜を形成する工程と、該水素含有非単結晶薄
膜に第１の熱処理を施して水素除去を行う工程と、水素
除去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理を施して
溶融再結晶化する工程と、第３の熱処理を施して前記溶
融再結晶化した多結晶膜を単結晶化する工程とを有する
ことを特徴とする。

【００３３】以上のような半導体薄膜の製造方法におい
ては、非単結晶薄膜を溶融再結晶化した後に、第３の熱
処理の工程が加わっており、当該第３の熱処理によって
溶融再結晶化した多結晶膜が単結晶化される。水素除去
後に連続的に第２の熱処理を施すため、大気開放などが
不要であり短時間での処理が実現される。また、脱水素
が熱処理に先行することから、膜の爆発も未然に防止で
きる。

【００３４】また、前述の技術的な課題を解決するため
の本発明の単結晶半導体薄膜の製造装置は、基体上に形
成された単結晶半導体薄膜の製造装置において、基体上
に水素含有非単結晶薄膜を形成する薄膜形成手段と、該
水素含有非単結晶膜に第１の熱処理を施して水素除去を
行う第１の熱処理手段と、水素除去後の非単結晶薄膜に
連続的に第２の熱処理を施して溶融再結晶化する第２の
熱処理手段とを有することを特徴とする。

【００３５】そして、前述の技術的な課題を解決するた
めの本発明の他の単結晶半導体薄膜の製造装置は、基体
上に形成された単結晶半導体薄膜の製造装置において、
基体上に水素含有非単結晶薄膜を形成する薄膜形成手段
と、該水素含有非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して水
素除去を行う第１の熱処理手段と、水素除去後の非単結
晶薄膜に連続的に第２の熱処理を施して多結晶膜を形成
する第２の熱処理手段と、第３の熱処理を施して前記多
結晶膜を単結晶化する第３の熱処理手段とを有すること
を特徴とする。

【００３６】これらの単結晶半導体薄膜の製造装置にお
いては、水素除去後に連続的に第２の熱処理を施すた
め、大気開放などが不要であり短時間での処理が実現さ
れる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。まず、第１の実施形
態及び第２の実施形態において、本発明に係る薄膜の製
造方法である単結晶薄膜の製造方法、及び単結晶薄膜基
板、並びにその基板を構造の一部に用いた半導体装置に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００３８】［第１の実施形態］本発明に係る単結晶薄
膜の製造方法は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する
工程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶
粒が略規則的に整列した多結晶薄膜を形成する工程と、
該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して前記多結晶粒が結
合した単結晶薄膜を形成する工程とを有することを特徴
とする。

【００３９】以下、図１乃至図６を参照しながら、本発
明の単結晶薄膜の製造方法について説明する。図１は本
発明の半導体薄膜の製造方法に用いられるエキシマレー
ザー照射装置の一例を示している。先ず、このエキシマ
レーザー照射装置について説明すると、このエキシマレ
ーザー照射装置は、ガラス基板などの低耐熱性の絶縁基
板２１上に形成された半導体薄膜２２にエキシマレーザ
ーを照射するための装置であって、チャンバ２０内に半
導体薄膜２２を形成した低耐熱性絶縁基板２１が載置さ
れる。このエキシマレーザー照射装置は、チャンバ２０
外にレーザー発振器２３と、アッテネータ（減衰器）２
４と、ホモジナイザーを含む光学系２５とを有してい
る。チャンバ２０内には、XY方向に移動可能なステージ
２７が設けられており、そのステージ２７に半導体薄膜
２２を形成した絶縁基板２１が載置されている。レーザ
ー発振器２３はエキシマレーザー光源を含み、例えばパ
ルス幅が６０ナノ秒以上のレーザー光２６を間欠的に放
射する。例えばホモジナイザーを含む光学系２５はレー
ザー発振器２３から放射されたレーザー光をアッテネー
タ２４を介して受け入れ、各辺が１０ｍｍ以上の矩形断
面となるように整形して半導体薄膜２２に照射する。ア
ッテネータ２４はレーザー発振器２３から放射されたレ
ーザー光のエネルギーを調整する。光学系２５はレーザ
ー光を矩形断面に整形すると共に矩形断面内ではエネル
ギーが均一に分布するように調整する。チャンバ２０内
は窒素ガス等不活性雰囲気に保たれている。レーザー光
２６の照射時には、ステージ２７がビームの端部同士が
重なるように移動し、半導体薄膜２２の表面を間欠的に
逐次照射する。このエキシマレーザー照射装置のチャン
バ２０内に置かれた絶縁基板２１の主面上に形成されて
いる半導体薄膜２２はプラズマCVD装置によって形成さ
れた非晶質シリコン膜である。

【００４０】レーザー発振器２３に使用されるエキシマ
レーザーは、微小突部を伴った表面状態の半導体薄膜を
形成可能なエキシマレーザー光源であれば、種々の光源
を用いることができ、例示すると、KrF、XeCl、XeF、Ar
Fの中から選ばれた１つまたは２以上のエキシマレーザ
ーを用いることができる。

【００４１】エキシマレーザーは、大別すると、線状レ
ーザー光を照射するエキシマレーザーと、面状レーザー
光を照射するエキシマレーザーとに分けることができ
る。線状レーザー光を照射するエキシマレーザーは、照
射するレーザー光のパターンが線状であり、所定の広が
りを持った領域を照射する場合には、一定方向に基板側
や光源側を移動させることが行われる。すなわち、線状
レーザー光照射を光照射の長手方向に垂直な走査方向に
重ね合わせ照射することが行われる。面状レーザー光を
照射するエキシマレーザーは、照射するレーザー光のパ
ターンが面状であり、その照射面を端部で重ねながら基
板側や光源側を移動させることが行われる。線状レーザ
ー光を照射するエキシマレーザーとしては、典型的には
エネルギー密度が３５０ｍJ／ｃｍ^２とされパルス幅が
２０ナノ秒程度と比較的に短い例えばラムダ社製のエキ
シマレーザーを使用することができる。また、面状レー
ザー光を照射するエキシマレーザーとしては、典型的に
はエネルギー密度が４８０ｍJ／ｃｍ^２とされパルス幅
が１５０ナノ秒から２００ナノ秒程度と比較的に長い例
えばソプラ社製のエキシマレーザーを使用することがで
きる。

【００４２】次に、図２から図６までを参照しながら、
本発明による半導体薄膜の製造方法の一例について説明
する。先ず、図２に示すように、ガラス、石英、セラミ
ック又はサファイヤなどの絶縁基板３１を用意し、その
主面上に例えばプラズマエンハンストCVD法などにより
非晶質半導体薄膜３２を形成する。絶縁基板３１として
は、エキシマレーザーを光源とすることから低耐熱性
（低融点）のいわゆる白板ガラスを用いても良い。非晶
質半導体薄膜３２としては、一例としてプラズマエンハ
ンストCVD法などを用いて非晶質シリコン膜が形成され
る。この非晶質半導体薄膜３２の膜厚は、例えば５０ｎ
ｍ程度であるが、好適な膜厚は製造すべきデバイスの特
性に応じて調整可能である。非晶質半導体薄膜３２の膜
厚の一例としては、約５００nm以下であり、通常は約１
００nm以下好ましくは８０nm以下であり、より好ましく
は６０nm以下である。

【００４３】非晶質半導体薄膜３２の形成後、図１に示
した如きエキシマレーザー照射装置に非晶質半導体薄膜
３２を形成した絶縁基板３１を装着し、第１の熱処理と
してエキシマレーザーの照射を行う。この時のレーザー
照射条件は、エキシマレーザーとして波長３０８nmのＸ
ｅＣｌエキシマレーザーが使用され、エネルギー強度３
４０ｍJ／ｃｍ^２で走査方向のオーバーラップ率が９５
％である。このエキシマレーザー照射によって、非晶質
半導体薄膜３２が溶融再結晶化され、ほぼ整列した多結
晶粒からなる多結晶半導体薄膜３３が形成される。多結
晶半導体薄膜３３の各多結晶粒の形状はほぼ矩形状であ
り、その大きさは対角線の長さで０．２μｍから０．６
μｍ程度である。エキシマレーザー照射によって結晶粒
界も形成され、粒界部では結晶の衝突による隆起から微
小突部３５が少なくとも３個以上の多結晶粒が境界をな
す位置に存在する。この微小突部３５の高さは、大きい
ものでは５０nm程度のサイズを有し、概ね高さは２５nm
以上のものとなっている。

【００４４】図５は、薄膜がレーザー照射によって多結
晶半導体薄膜となった時点での走査電子線顕微鏡写真で
ある。図中鰐皮状に展開している多結晶粒（ポリシリコ
ン粒）は、縦横に略規則的に整列されており、少なくと
も３個以上の多結晶粒が境界をなす位置に複数の微小突
部が形成されている。このような略規則的な多結晶粒の
整列は、線状レーザー照射時における開口部等のエッジ
での回折や、面状レーザー照射時には強度変調マスク、
例えば位相シフトマスクなどの干渉現象や回折現象によ
って光強度に周期的なパターンを与えるようにすること
で現れる現象として捉えることができ、より包括的には
レーザー照射によって多結晶粒に共通の境界条件を導入
しているものと把握することができる。多結晶粒が結合
した単結晶領域を大きく成長させるためには、隣接する
多結晶粒同士が結合し易いという状態にあることが好ま
しく、その前提として多結晶粒が略規則的に整列した状
態を形成することで熱処理後の再結晶化の際に共通した
多結晶粒の結晶方向性、たとえば（１００）面の如き配
向面の共通の界面が得られ、その秩序性を利用しながら
円滑な多結晶粒同士の結合が生ずる。したがって、次の
第２の熱処理の際には、多結晶粒同士の結合が容易に進
められ、単結晶化が進められる。

【００４５】このようなレーザー照射による第１の熱処
理に引き続いて、第２の熱処理が同じくエキシマレーザ
ー照射によって行われる。このエキシマレーザー照射の
照射条件は、エキシマレーザーとして波長３０８nmのＸ
ｅＣｌエキシマレーザーが使用され、エネルギー強度３
００ｍJ／ｃｍ^２で走査方向のオーバーラップ率が９５
％である。当該第２の熱処理としてのエキシマレーザー
照射は、第１の熱処理のエキシマレーザー照射よりも低
エネルギーであって第１の熱処理のエキシマレーザー照
射時よりも多結晶半導体薄膜３３の熱処理温度が低くさ
れる。また、この熱処理温度は、多結晶シリコンの融点
よりも低い温度となるように設定されてもよい。

【００４６】この第２の熱処理としてのエキシマレーザ
ー照射によって、図４に示すように、多結晶半導体薄膜
３３から単結晶薄膜３４に変換される。すなわち、エキ
シマレーザー照射によって、第１の熱処理で形成された
多結晶半導体薄膜３３の隣接する多結晶粒同士が結合
し、少なくとも１ｘ１０^−９ｃｍ^２以上の大きなサイズ
の単結晶領域を含み好ましくは１ｘ１０^−８ｃｍ^２以
上、さらに好ましくは全体が単結晶である単結晶薄膜３
４が形成される。なお、単結晶薄膜３４としては、多結
晶や非晶質の半導体領域が混在していても良い。この第
２の熱処理としてのエキシマレーザー照射後において
は、微小突部３６が多結晶半導体薄膜３３の表面の微小
突部３５よりは高さが低くなって形成されており、微小
突部３６の高さの範囲としては２０nmから５nm以下の極
めて低いものとなっている。また、微小突部３６の径も
０．１μｍ以下となっている。この単結晶薄膜３４の表
面上の微小突部３６は、第１の熱処理で得られた多結晶
粒の少なくとも３個以上の界面同士が衝突して隆起する
位置と対応した位置に形成されており、したがって、多
結晶半導体薄膜３３の面の微小突部３５が平坦化し、隆
起として残ったところが単結晶薄膜３４の表面上の微小
突部３６となっている。

【００４７】単結晶薄膜３４の表面上の微小突部３６
は、その密度も低下したものとされ、例えば１ｘ１０^９
／ｃｍ^２以下とされる。また、微小突部３６において
は、その曲率半径は、多結晶半導体薄膜３３の面の微小
突部３５の曲率半径よりも大きくなっており、微小突部
３６の曲率半径は６０ｎｍ以上であり、好ましくは１８
０ｎｍ以上であり、より好ましくは２５０ｎｍ以上であ
る。

【００４８】図６は、薄膜が多結晶半導体薄膜３３から
単結晶薄膜３４となった時点での走査電子線顕微鏡写真
である。図５の写真で見られた鰐皮状の多結晶粒は消失
し、複数の微小突部もほぼ消失して、大きな単結晶領域
からなる単結晶薄膜３４が得られているのが分かる。こ
の大きな単結晶領域のサイズは、２μｍ程度であり、薄
膜トランジスタのチャンネル領域としては十分な大きさ
である。

【００４９】上述の如き、第１の熱処理と第２の熱処理
を加えることで、微小突部３６を伴った単結晶薄膜３４
が形成されるが、第１の熱処理と第２の熱処理はエキシ
マレーザーの照射に限らず、他のレーザー光の照射、例
えば希ガスレーザー、YAGレーザーなどのレーザーや、
透過させないことを前提としたX線、電子線等の他のエ
ネルギービームの照射などであっても良い。また、第２
の熱処理は加熱によるアニールであるので、レーザーに
限定されずに、ランプアニールや、比較的に長時間のフ
ァーネスアニールやストリップヒーターを用いることも
できる。

【００５０】第１の熱処理では、第２の熱処理のアニー
ル処理とは異なり、絶縁基板上に多結晶粒が略規則的に
整列された多結晶薄膜を形成することが、微小突部を形
成する上で好ましい。このため、第１の熱処理ではエネ
ルギーの大きなレーザー照射がなされるが、略規則的に
整列された多結晶粒を得るためには、線状レーザー照射
時における開口部等のエッジでの回折や、面状レーザー
照射時には位相シフトマスクなどの干渉現象や回折現象
によって光強度に周期的なパターンを与えるようにする
こともできる。光強度に周期的なパターンを与えること
で、多結晶粒のもととなる核成長も周期的なパターンの
影響を受け、結果として絶縁基板上に多結晶粒が略規則
的に整列された多結晶薄膜が形成される。

【００５１】第１の熱処理と第２の熱処理は、少なくと
もいずれかは、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気中、
若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行うことができる。特
に、最初に絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成した
後、或いは第１の熱処理と第２の熱処理の間で、雰囲気
ガスを同じものに維持し、あるいは大気開放しないでチ
ャンバを移動することで処理をする場合には、雰囲気ガ
スの調整に伴う生産時間の浪費を防ぐことができる。

【００５２】なお、絶縁基板３１は、所要の剛性と耐熱
性を有したガラス基板や所謂白板ガラス基板、プラスチ
ック、セラミックなどの基板材料から、石英基板や、シ
リコンウエハやその他の半導体ウエハ上に酸化膜や窒化
膜を形成した基板などの種々のものを用いることがで
き、特に熱処理は極めて短い時間での処理が可能なこと
から、低耐熱性（例えば６００℃）程度の基板も十分に
使用することができる。なお、絶縁基板３１の薄膜形成
面には種々の中間層や反射層、その他の機能層を設ける
ことも可能である。

【００５３】この絶縁基板３１上に形成される単結晶薄
膜３４は、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜
などの非単結晶シリコン膜から結晶化した単結晶薄膜で
あり、その膜厚は一例として４０ｎｍから５０ｎｍ程度
の大きさとされる。半導体結晶化薄膜は、熱処理前の段
階では多結晶薄膜とされ、その場合において略規則的な
多結晶粒が整列された状態であることが好ましい。シリ
コン以外の材料としては、たとえばSiGe,SiCなどの材料
を用いることも可能である。

【００５４】単結晶薄膜３４は、多結晶領域、多結晶粒
が結合した単結晶領域、非結晶領域などが混在した状態
であっても良い。多結晶粒が結合した単結晶領域の大き
さは、例えば、１ｘ１０^−９ｃｍ^２以上であって、好ま
しくは１ｘ１０^−８ｃｍ^２以上、さらに好ましくは１６
ｘ１０^−８ｃｍ^２以上である。形成される単結晶薄膜の
内の単結晶領域が大きい程、結晶特性は完全な単結晶に
近いものとなって行き、同時に特性もより安定したもの
となる。この単結晶薄膜３４は、絶縁基板上の全面に形
成される必要はなく、多結晶薄膜の一部に存在する構造
であっても良い。また、単結晶薄膜３４の単結晶領域
は、好ましくは（１００）、（１１１）、（１１０）の
いずれかの配向面を有する。なお、本実施例では、エキ
シマレーザーを走査させた例を説明したが必ずしも走査
させなくても構わない。この場合も、多結晶粒は略規則
的に整列する。また、上記においては、第一の熱処理と
第二の熱処理とを別々に行う例を説明したが、共通の境
界条件を与えるための第一の熱処理と単結晶化のための
第二の熱処理とをほぼ同じに行っても良い。

【００５５】また、上記のようにして作製された単結晶
薄膜３４は、絶縁基板３１上に形成された状態で、半導
体基板として半導体装置の製造に適用され得る。このよ
うな半導体装置としては、薄膜トランジスタやその他の
電子デバイスが挙げられ、特に後述するような液晶ディ
スプレイの駆動回路の薄膜トランジスタなどに応用でき
る。単結晶薄膜には単結晶領域が含まれており、デバイ
スとして利用した場合にはデバイス特性が安定したもの
となり、例えば薄膜トランジスタを作製した時ではその
閾値のばらつきが抑制されることになると共に移動度が
高くされデバイスは高速動作に対応できることになる。

【００５６】［第２の実施形態］次に、図７を参照しな
がら、上述した本発明に係る単結晶薄膜の製造方法に従
って製造した薄膜トランジスタを用いるところの半導体
装置としてのアクティブマトリクス型表示装置の一例を
説明する。本実施形態は、その微小突部を伴う薄膜をチ
ャンネルとして利用して半導体装置を構成した例であ
る。図示するように、本表示装置は、一対の絶縁基板５
１、５２と両者の間に保持された電気光学物質５３とを
備えたパネル構造を有する。電気光学物質５３として
は、例えば液晶材料を用いる。下側の絶縁基板５１には
画素アレイ部５４と駆動回路部とが集積形成されてい
る。駆動回路部は垂直スキャナ５５と水平スキャナ５６
とに分かれている。また、絶縁基板５１の周辺部上端に
は、外部接続用の端子部５７が形成されている。端子部
５７は配線５８を介して垂直スキャナ５５及び水平スキ
ャナ５６に接続している。画素アレイ部５４には、行状
のゲート配線５９と列状の信号配線６０が形成されてい
る。両配線の交差部には、画素電極６１とこれを駆動す
る薄膜トランジスタ６２が形成されている。薄膜トラン
ジスタ６２のゲート電極は、対応するゲート配線５９に
接続され、ドレイン領域は対応する画素電極６１に接続
され、ソース領域は対応する信号配線６０に接続してい
る。ゲート配線５９が垂直スキャナ５５に接続する一
方、信号配線６０は水平スキャナ５６に接続している。
画素電極６１をスイッチング駆動する薄膜トランジスタ
６２及び垂直スキャナ５５と水平スキャナ５６に含まれ
る薄膜トランジスタは、上述した第１の実施形態の方法
に従って、その薄膜のチャンネル部分が微小突部を伴っ
て単結晶により近い結晶特性をもって作製されたもので
ある。更には、垂直スキャナや水平スキャナに加え、ビ
デオドライバやタイミングジェネレータも絶縁基板５１
内に集積形成することも可能である。

【００５７】次に、第３の実施形態乃至第５の実施形態
において、本発明に係る半導体薄膜及びその製造方法、
並びにその半導体薄膜を構造の一部に用いた半導体装置
及び基板について図面を参照して説明する。

【００５８】［第３の実施形態］本実施形態は、半導体
薄膜に関するものであり、本実施形態の半導体薄膜は、
絶縁基体上に形成された半導体薄膜において、該半導体
薄膜の表面に微小突部を有することを特徴とする。

【００５９】また、本実施形態の半導体薄膜は、絶縁基
体上に多結晶粒が略規則的に整列された多結晶薄膜から
形成された半導体薄膜であって、少なくとも３個以上の
前記多結晶粒が境界をなす位置に微小突部が形成されて
いることを特徴とする。

【００６０】図８は本発明に係る半導体薄膜の模式図で
あり、絶縁基体としての絶縁基板１０１上に結晶化薄膜
１０２が形成され、その結晶化薄膜１０２の表面に複数
の微小突部１０３が形成されている。

【００６１】絶縁基板１０１は、所要の剛性と耐熱性を
有したガラス基板や所謂白板ガラス基板、プラスチッ
ク、セラミックなどの基板材料から、石英基板や、シリ
コンウエハやその他の半導体ウエハ上に酸化膜や窒化膜
を形成した基板などの種々のものを用いることができ、
特に熱処理は極めて短い時間での処理が可能なことか
ら、低耐熱性（例えば６００℃）程度の基板も十分に使
用することができる。なお、絶縁基板１０１の薄膜形成
面には種々の中間層や反射層、その他の機能層を設ける
ことも可能である。

【００６２】この絶縁基板１０１上に形成される結晶化
薄膜１０２は、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコ
ン膜などの非単結晶シリコン膜を結晶化した半導体薄膜
であり、その膜厚T１は、一例として４０ｎｍから５０
ｎｍ程度の大きさとされる。半導体結晶化薄膜は、熱処
理前の段階では多結晶薄膜とされ、その場合において略
規則的な多結晶粒が整列された状態であることが好まし
い。そして、この結晶化薄膜１０２の表面には、微小突
部１０３が形成される。

【００６３】この微小突部１０３は、本発明の半導体薄
膜を形成する際に、熱処理の際に現れる形状であり、特
にエキシマレーザーを使用して第１の（最初の）熱処理
を行うことで結晶化薄膜１０２の表面に略規則正しく、
例えば０．３μｍ程度のピッチN１で整列して現れる。
したがって、微小突部１０３は、上から見た場合に縦横
に並んで配列されて結晶化薄膜１０２の表面に形成さ
れ、円錐形状に近い形状のものから、矩形状や変形した
ものまで種々の形状をとる。微小突部１０３は、多結晶
粒の粒界同士が重なり合い或いは衝突しながら表面より
隆起して形成される形状である。後述するように、第１
のエキシマレーザーの照射と第２のエキシマレーザーの
照射によって結晶化薄膜１０２が作製される場合では、
第１のエキシマレーザーの照射の時点で薄膜は略矩形状
やその他の形状の多結晶粒の集合体となるため、その略
矩形状の四隅や少なくとも３個以上の多結晶粒が境界を
なす位置で多結晶粒が重なり合い或いは衝突しながら隆
起し、特に第１のエキシマレーザーの照射の条件によっ
ては、複数の縦横に略規則的に整列された微小突部１０
３が形成される。

【００６４】次に、図８を参照して個々の微小突部１０
３の形状について説明する。微小突部１０３の高さH１
は、結晶化薄膜１０２の表面から微小突部１０３の頂点
までの高低差を指し、２０ｎｍ以下であり、好ましくは
１０ｎｍ以下であり、より好ましくは５ｎｍ以下であ
る。特に、第２の熱処理時には、結晶化が進展しつつ、
その微小突部１０３の高さH１は低くなり、全体として
結晶化薄膜１０２の表面が平坦化する。微小突部１０３
の曲率半径R1についても、結晶化が進められる時点で、
その値が大きくなる傾向があり、微小突部１０３の曲率
半径R１は６０ｎｍ以上であり、好ましくは１８０ｎｍ
以上であり、より好ましくは２５０ｎｍ以上である。ま
た、微小突部１０３の径D１は、微小突部１０３が必ず
しも円錐形状をとるものとは限らないために、径D１自
体は直径を意味するよりは寧ろ微小突部１０３の水平面
内のサイズを意味するが、０．１μｍ以下であり、好ま
しくは０．０５μｍ以下である。

【００６５】前述の微小突部１０３のピッチN１は、微
小突部１０３同士の間隔として捉えることの出来る値で
あり、ピッチN１は、略矩形状の多結晶粒の集合体に微
小突部１０３が形成されている時点での多結晶粒の径に
匹敵する。ここで、多結晶粒の径は、例えば０．１μｍ
から４．０μｍの範囲でのサイズを有する。図９は、略
矩形状の四隅に微小突部１０３が位置していることを模
式的に示した図であり、例えば、微小突部１０３のピッ
チN１は０．３μｍ程度とされる。この時、微小突部１
０３の密度は、１ｘ１０^１０個／ｃｍ^２以下であり、好
ましくは１ｘ１０^９個／ｃｍ^２以下であり、より好まし
くは５ｘ１０^８個／ｃｍ^２以下である。結晶化薄膜１０
２は、多結晶領域、多結晶粒が結合した単結晶領域、非
単結晶領域などが混在した状態であっても良い。多結晶
粒が結合した単結晶領域の大きさは、例えば、１ｘ１０
^−８ｃｍ^２以上であって、好ましくは１ｘ１０^−７ｃｍ
^２以上である。形成される結晶化薄膜１０２の内の単結
晶領域が大きい程、結晶特性は完全な単結晶に近いもの
となって行き、同時に特性もより安定したものとなる。
この結晶化薄膜１０２は、絶縁基板１０１上の全面に形
成される必要はなく、多結晶薄膜の一部に存在する構造
であっても良い。また、結晶化薄膜１０２の単結晶領域
は、好ましくは（１００）、（１１１）、（１１０）の
いずれかの配向面を有する。

【００６６】また、上記のようにして作製された結晶化
薄膜１０２は、絶縁基板１０１上に形成された状態で、
半導体基板として半導体装置の製造に適用され得る。こ
のような半導体装置としては、薄膜トランジスタやその
他の電子デバイスが挙げられ、特に後述するような液晶
ディスプレイの駆動回路の薄膜トランジスタなどに応用
できる。結晶化薄膜１０２には単結晶領域が含まれてお
り、デバイスとして利用した場合にはデバイス特性が安
定したものとなり、例えば薄膜トランジスタを作製した
時ではその閾値のばらつきが抑制されることになると共
に移動度が高くされデバイスは高速動作に対応できるこ
とになる。

【００６７】［第４の実施形態］次に、図１０乃至図１
５を参照しながら、本発明の第４の実施形態として半導
体薄膜の製造方法について説明する。本実施形態の半導
体薄膜の製造方法は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成
する工程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多
結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処
理を施して半導体結晶化薄膜を形成する工程とを有し、
該半導体結晶化薄膜の表面の突部を前記多結晶薄膜の表
面の突部より低くすることを特徴とする。

【００６８】また、本実施形態の他の半導体薄膜の製造
方法は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、
該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶薄膜を形
成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して半
導体結晶化薄膜を形成する工程とを有し、該半導体結晶
化薄膜の表面の突部の曲率半径を前記多結晶薄膜の表面
の突部の曲率半径より大きくすることを特徴とする。

【００６９】そして、本実施形態のさらに他の半導体薄
膜の製造方法は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する
工程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶
粒が略規則的に整列した多結晶薄膜を形成する工程と、
該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して少なくとも３個以
上の前記多結晶粒が境界をなす位置に存在する微小突部
の高さを２５nm以下とし、或いは該微小突部の曲率半径
を６０nm以上とする工程とを有することを特徴とする。

【００７０】図１０は、本発明の半導体薄膜の製造方法
に用いられるエキシマレーザー照射装置の一例を示して
いる。このエキシマレーザー照射装置について説明する
と、ガラス基板などの低耐熱性の絶縁基板２１上に形成
された半導体薄膜２２にエキシマレーザーを照射するた
めの装置であって、チャンバ２０内に半導体薄膜２２を
形成した絶縁基板２１が載置される。このエキシマレー
ザー照射装置は、チャンバ２０外にレーザー発振器２３
と、アッテネータ（減衰器）２４と、ホモジナイザーを
含む光学系２５とを有している。チャンバ２０内には、
XY方向に移動可能なステージ２７が設けられており、そ
のステージ２７に半導体薄膜２２を形成した絶縁基板２
１が載置されている。

【００７１】このエキシマレーザー照射装置は、上述し
た第１の実施形態において図１に示して説明したエキシ
マレーザー照射装置と同様であるため、図１と同じ符号
を付すことで、詳細な説明は省略する。

【００７２】次に、図１１から図１５までを参照しなが
ら、本発明による半導体薄膜の製造方法の一例について
説明する。先ず、図１１に示すように、ガラス、石英、
又はサファイヤなどの１絶縁基板１３１を用意し、その
主面上に例えばプラズマエンハンストCVD法などにより
非晶質半導体薄膜１３２を形成する。絶縁基板１３１と
しては、エキシマレーザーを光源とすることから低耐熱
性のいわゆる白板ガラスを用いても良い。この非晶質半
導体薄膜１３２の膜厚は例えば５０ｎｍ程度であるが、
好適な膜厚は製造すべきデバイスの特性に応じて調整可
能である。

【００７３】非晶質半導体薄膜１３２の形成後、図１０
に示した如きエキシマレーザー照射装置に非晶質半導体
薄膜１３２を形成した絶縁基板１３１を装着し、第１の
熱処理としてエキシマレーザーの照射を行う。この時の
レーザー照射条件は、エキシマレーザーとして波長３０
８nmのＸｅＣｌエキシマレーザーが使用され、エネルギ
ー強度３４０ｍJ／ｃｍ^２で走査方向のオーバーラップ
率が９５％である。このエキシマレーザー照射によっ
て、非晶質半導体薄膜１３２が溶融再結晶化され、ほぼ
整列した多結晶粒からなる単結晶半導体薄膜１３３が形
成される。単結晶半導体薄膜１３３の各多結晶粒の形状
はほぼ矩形状であり、その大きさは対角線の長さで０．
２μｍから０．６μｍ程度である。エキシマレーザー照
射によって結晶粒界も形成され、図１２に示すように、
粒界部では結晶の衝突による隆起から微小突部１３５が
少なくとも３個以上の多結晶粒が境界をなす位置に存在
する。この微小突部１３５の高さは大きいものでは５０
nm程度のサイズを有し、概ね高さは２５nm以上のものと
なっている。

【００７４】図１４は、薄膜が多結晶シリコンとなった
時点での走査電子線顕微鏡写真であり、３μｍのスケー
ルの中に１０個前後の白点からなる複数の微小突部が並
んでいるのが観察される。各多結晶粒は、縦横に略規則
的に整列されており、少なくとも３個以上の多結晶粒が
境界をなす位置に複数の微小突部が形成されている。

【００７５】このようなレーザー照射による第１の熱処
理に引き続いて、第２の熱処理が同じくエキシマレーザ
ー照射によって行われる。このエキシマレーザー照射の
照射条件は、エキシマレーザーとして波長３０８nmのＸ
ｅＣｌエキシマレーザーが使用され、エネルギー強度３
００ｍJ／ｃｍ^２で走査方向のオーバーラップ率が９５
％である。当該第２の熱処理としてのエキシマレーザー
照射は、第１の熱処理のエキシマレーザー照射よりも低
エネルギーであっても良く、第１の熱処理のエキシマレ
ーザー照射時よりも単結晶半導体薄膜１３３の熱処理温
度が低くされる。また、この熱処理温度は多結晶シリコ
ンの融点よりも低い温度となるように設定されている。

【００７６】この第２の熱処理としてのエキシマレーザ
ー照射によって、図１３に示すように、単結晶半導体薄
膜１３３から半導体結晶化薄膜１３４に変換される。す
なわち、エキシマレーザー照射によって、第１の熱処理
で形成された単結晶半導体薄膜１３３の隣接する多結晶
粒同士が結合し、少なくとも１ｘ１０^−８ｃｍ^２以上の
大きなサイズの単結晶領域を含み、好ましくは全体が単
結晶である半導体結晶化薄膜１３４が形成される。な
お、第２の熱処理としてのエキシマレーザー照射は、第
１の熱処理のエキシマレーザー照射時よりも単結晶半導
体薄膜１３３の熱処理温度が低くされても良いし、多結
晶シリコンの融点よりも低い温度となるように設定され
ていても良い。また、半導体結晶化薄膜１３４として
は、多結晶の半導体領域が混在していても良い。この第
２の熱処理としてのエキシマレーザー照射後において
は、微小突部１３６が、単結晶半導体薄膜１３３の表面
の微小突部１３５よりは高さが低くなって形成されてお
り、微小突部１３６の高さの範囲としては２０nmから５
nm以下の極めて低いものとなっている。また、微小突部
１３６の径も０．１μｍ以下となっている。この半導体
結晶化薄膜１３４の表面上の微小突部１３６は、第１の
熱処理で得られた多結晶粒の少なくとも３個以上の界面
同士が衝突して隆起する位置と対応した位置に形成され
ており、したがって、単結晶半導体薄膜１３３の面の微
小突部１３５が平坦化し、隆起として残ったところが半
導体結晶化薄膜１３４の表面上の微小突部１３６となっ
ている。

【００７７】半導体結晶化薄膜１３４の表面上の微小突
部１３６は、その密度も低下したものとされ、例えば１
ｘ１０^１０個／ｃｍ^２以下、好ましくは１ｘ１０^９個／
ｃｍ ^２以下とされる。また、微小突部１３６において
は、その曲率半径が、単結晶半導体薄膜１３３の面の微
小突部１３５の曲率半径も大きくなっており、微小突部
１３６の曲率半径は６０ｎｍ以上であり、好ましくは１
８０ｎｍ以上であり、より好ましくは２５０ｎｍ以上で
ある。

【００７８】図１５は、薄膜が単結晶半導体薄膜１３３
から半導体結晶化薄膜１３４となった時点での走査電子
線顕微鏡写真であり、３μｍのスケールの中に複数の微
小突部１３６が並んでいるが、その白点は発散したよう
に細かなものとされ、図１４のようにはっきりとした白
点にはなっていない。

【００７９】上述の如き、第１の熱処理と第２の熱処理
を加えることで、微小突部１３６を伴った半導体結晶化
薄膜１３４が形成されるが、第１の熱処理と第２の熱処
理はエキシマレーザーの照射に限らず、他のレーザー光
の照射、例えば希ガスレーザー、YAGレーザーなどのレ
ーザーや、透過させないことを前提としたX線、電子線
等の他のエネルギービームの照射などであっても良い。
また、第２の熱処理は加熱によるアニールであるので、
レーザーに限定されずに、ランプアニールや、比較的に
長時間のファーネスアニールを用いることもできる。

【００８０】第１の熱処理では、第２の熱処理のアニー
ル処理とは異なり、絶縁基板上に多結晶粒が略規則的に
整列された突部を有する多結晶薄膜を形成することが好
ましい。このため、第１の熱処理ではエネルギーの大き
なレーザー照射がなされるが、略規則的に整列された多
結晶粒を得るためには、線状レーザー照射時における開
口部等のエッジでの回折や、面状レーザー照射時には位
相シフトマスクなどの干渉現象や回折現象によって光強
度に周期的なパターンを与えるようにすることもでき
る。光強度に周期的なパターンを与えることで、多結晶
粒のもととなる核成長も周期的なパターンの影響を受
け、結果として絶縁基板上に多結晶粒が略規則的に整列
された多結晶薄膜が形成される。

【００８１】第１の熱処理と第２の熱処理は、少なくと
もいずれかは、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気中、
若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行うことができる。特
に、最初に絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成した
後、或いは第１の熱処理と第２の熱処理の間で、雰囲気
ガスを同じものに維持し、あるいは大気開放しないでチ
ャンバを移動することで処理をする場合には、雰囲気ガ
スの調整に伴う生産時間の浪費を防ぐことができる。

【００８２】［第５の実施形態］次に、図１６を参照し
ながら、本発明に従って製造した薄膜トランジスタを用
いるところの半導体装置としてのアクティブマトリクス
型表示装置の一例を説明する。本実施形態はその微小突
部を伴う薄膜をチャンネルとして利用して半導体装置を
構成した例である。図示するように、本表示装置は一対
の絶縁基板１５１、１５２と両者の間に保持された電気
光学物質１５３とを備えたパネル構造を有する。電気光
学物質１５３としては、例えば液晶材料を用いる。下側
の絶縁基板１５１には画素アレイ部１５４と駆動回路部
とが集積形成されている。駆動回路部は垂直スキャナ１
５５と水平スキャナ１５６とに分かれている。また、絶
縁基板１５１の周辺部上端には、外部接続用の端子部１
５７が形成されている。端子部１５７は、配線１５８を
介して垂直スキャナ１５５及び水平スキャナ１５６に接
続している。画素アレイ部１５４には、行状のゲート配
線１５９と列状の信号配線１６０とが形成されている。
両配線の交差部には、画素電極１６１とこれを駆動する
薄膜トランジスタ１６２が形成されている。薄膜トラン
ジスタ１６２のゲート電極は対応するゲート配線１５９
に接続され、ドレイン領域は対応する画素電極１６１に
接続され、ソース領域は対応する信号配線１６０に接続
している。ゲート配線１５９が垂直スキャナ１５５に接
続する一方、信号配線１６０は水平スキャナ１５６に接
続している。画素電極１６１をスイッチング駆動する薄
膜トランジスタ１６２及び垂直スキャナ１５５と水平ス
キャナ１５６に含まれる薄膜トランジスタは、上述した
第４の実施形態の方法によって作製されたものであり、
その薄膜のチャンネル部分が微小突部を伴って単結晶に
より近い結晶特性をもって作製されたものである。更に
は、垂直スキャナ１５５や水平スキャナ１５６に加え、
ビデオドライバやタイミングジェネレータを絶縁基板１
５１内に集積形成することも可能である。また、駆動回
路部に単結晶或いは単結晶に近い結晶薄膜を用い、画素
部に多結晶や非単結晶膜を用いることもできる。

【００８３】次に、第６の実施形態乃至第８の実施形態
において、本発明に係る半導体薄膜の製造方法、当該半
導体薄膜の製造方法に用いることができる単結晶半導体
薄膜の製造装置について図面を参照して説明する。

【００８４】本発明に係る半導体薄膜の製造方法は、基
体上に形成された半導体薄膜の製造方法において、水素
含有非単結晶半導体薄膜を形成する工程と、該水素含有
非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して水素除去を行う工
程と、該水素除去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱
処理を施して多結晶粒が略規則的に整列した多結晶膜を
形成する工程とを有することを特徴とするものであり、
また、本発明に係る他の半導体薄膜の製造方法は、基体
上に形成された半導体薄膜の製造方法において、水素含
有非単結晶半導体薄膜を形成する工程と、該水素含有非
単結晶薄膜に第１の熱処理を施して水素除去を行う工程
と、水素除去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理
を施して溶融再結晶化する工程と、第３の熱処理を施し
て溶融再結晶化した多結晶膜を単結晶化する工程とを有
することを特徴とするものである。

【００８５】［第６の実施形態］本実施形態は、半導体
薄膜の製造方法に関するものであり、基体上に形成され
た半導体薄膜の製造方法において、水素含有非単結晶半
導体薄膜を形成する工程と、該水素含有非単結晶薄膜に
第１の熱処理を施して水素除去を行う工程と、該水素除
去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理を施して多
結晶粒が略規則的に整列した多結晶膜を形成する工程と
を有することを特徴とする。

【００８６】図１７は、本実施形態の半導体薄膜の製造
方法のフローチャートである。ここで、本実施形態の半
導体薄膜の製造方法の各工程について説明すると、初め
に、手順Ｓ１では、絶縁基板などの基体上にアモルファ
スシリコンなどの非単結晶膜が形成される。この非単結
晶膜形成方法は、特に限定されるものではなく、プラズ
マCVD、低圧CVD、常圧CVD、触媒CVD、光CVD、レーザーC
VDなどの種々の方法を用いることができるが、次に水素
除去工程が続くことから、特にプラズマCVDなどの方法
を用いることができ、この時点で非単結晶膜に水素が含
まれていても良い。

【００８７】次に、脱水素工程としての第１の熱処理が
手順Ｓ２として行われる。この第１の熱処理は、一例と
してエキシマレーザーの照射を行う。この時の照射条件
としては、例えばパルス幅が６０ナノ秒以上のXeClエキ
シマレーザーで行うことができる。このエキシマレーザ
ーの照射の際には、水素が非単結晶膜から抜けていき、
膜の爆発を予防できるレベルまで水素含有量を短時間で
下げることができる。第１の熱処理を施す第１の熱処理
手段としては、線状エキシマレーザー照射や、面状エキ
シマレーザー照射、さらには希ガスレーザーやYAGレー
ザーなどのエキシマレーザー以外の照射手段を用いても
良いが、好ましくはパルス幅が６０ナノ秒以上で膜の内
部までの溶融が可能で、基板を溶融しないようなレーザ
ー照射が好ましい。

【００８８】このような脱水素工程としての第１の熱処
理を行った後、手順Ｓ３では、第２の熱処理が行われ
る。この第２の熱処理の一例としては、同様なエキシマ
レーザーが使用され、エキシマレーザーとして例えば波
長３０８nmのＸｅＣｌエキシマレーザーが使用される。
このエキシマレーザーの照射によって、その照射条件に
応じて薄膜表面に略規則的に整列されて多結晶粒が形成
される。このエキシマレーザーの照射は、換言すると、
多結晶粒に共通の境界条件を導入するものであり、その
ような共通の境界条件を導入できる熱処理手段であれ
ば、いかなる照射装置を使用しても良い。この第２の熱
処理に使用されるレーザー装置としては、薄膜表面に略
規則的に整列される多結晶粒を形成できるものであれ
ば、線状エキシマレーザー照射や、面状エキシマレーザ
ー照射、さらには希ガスレーザーやYAGレーザーなどの
エキシマレーザー以外の照射手段を用いても良い。この
次の工程では、一例として略規則的に整列した多結晶粒
をさらに固相成長させて該多結晶粒の粒界を減少させる
ことが好ましい。

【００８９】なお、第１の熱処理Ｓ２と第２の熱処理Ｓ
３は、工程上は分離されているものの、同じチャンバー
を用いた連続処理とすることもでき、照射領域をずらし
たり変えることで同時進行するような工程とすることも
可能である。

【００９０】この第６の実施形態で作製された多結晶膜
は、単結晶ほどの閾値電圧の安定や高移動度という特性
は得ることができないが、十分な脱水素が行われている
ことから、固相成長をした場合には多結晶粒が大きく成
長して、半導体装置に適用した場合に高い性能を引き出
すことができる。また、十分な脱水素が短時間に行われ
ていることから、膜の爆発も未然に防止される。

【００９１】［第７の実施形態］本実施形態は、半導体
薄膜の製造方法に関するものであって、基体上に形成さ
れた半導体薄膜の製造方法において、水素含有非単結晶
半導体薄膜を形成する工程と、該水素含有非単結晶薄膜
に第１の熱処理を施して水素除去を行う工程と、水素除
去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理を施して溶
融再結晶化する工程と、第３の熱処理を施して前記溶融
再結晶化した多結晶膜を単結晶化する工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００９２】図１８は、本実施形態の半導体薄膜の製造
方法のフローチャートである。第６の実施形態と比較し
てみると、第３の熱処理工程が加わり、この第３の熱処
理工程では多結晶膜が単結晶化される。本実施形態の半
導体薄膜の製造方法の各工程について説明すると、第６
の実施形態と同様に初めに手順Ｓ１１では、絶縁基板な
どの基体上にアモルファスシリコンなどの非単結晶膜が
形成される。この非単結晶膜形成方法は、特に限定され
るものではなく、プラズマCVD、低圧CVD、常圧CVD、触
媒CVD、光CVD、レーザーCVDなどの種々の方法を用いる
ことができるが、次に水素除去工程が続くことから、特
にプラズマCVDなどの方法を用いることができ、この時
点で非単結晶膜に水素が含まれていても良い。

【００９３】次に、脱水素工程としての第１の熱処理が
手順Ｓ１２として行われる。この第１の熱処理は、一例
としてエキシマレーザーの照射を行う。この時の照射条
件としては、例えばパルス幅が６０ナノ秒以上のエキシ
マレーザーで行うことができる。このエキシマレーザー
の照射の際には、水素が非単結晶膜から抜けていき、膜
の爆発を予防できるレベルまで水素含有量を下げること
ができる。第１の熱処理を施す第１の熱処理手段として
は、線状エキシマレーザー照射や、面状エキシマレーザ
ー照射、さらには希ガスレーザーやYAGレーザーなどの
エキシマレーザー以外の照射手段を用いても良いが、好
ましくはパルス幅が６０ナノ秒以上で膜の内部までの溶
融が可能で、基板を溶融しないようなレーザー照射が好
ましい。

【００９４】このような脱水素工程としての第１の熱処
理を行った後、第６の実施形態と同様に、手順Ｓ１３で
は、第２の熱処理が行われる。この第２の熱処理の一例
としては、同様なエキシマレーザーが使用される。この
エキシマレーザーの照射によって、その照射条件に応じ
て薄膜表面に略規則的に整列されて多結晶粒が形成され
る。このエキシマレーザーの照射は、換言すると、多結
晶粒に共通の境界条件を導入するものであり、そのよう
な共通の境界条件を導入できる熱処理手段であれば、い
かなる照射装置を使用しても良い。この第２の熱処理に
使用されるレーザー装置としては、薄膜表面に略規則的
に整列される多結晶粒を形成できるものであれば線状エ
キシマレーザー照射や、面状エキシマレーザー照射、さ
らには希ガスレーザーやYAGレーザーなどのエキシマレ
ーザー以外の照射手段を用いても良い。

【００９５】このような第２の熱処理工程の後、手順Ｓ
１４では第３の熱処理が行われる。この第３の熱処理
は、略規則的に整列された多結晶粒を結合させて、多結
晶粒の間の粒界を消失させるものであり、その結果とし
て単結晶半導体薄膜が形成される。この単結晶半導体薄
膜は、従来の多結晶膜で結晶化によってその粒が大きく
されたものとは一線を画する完全な単結晶または完全な
単結晶に近似に結晶品質を有しており、特に薄膜トラン
ジスタのチャンネル部分に用いた場合に有効である。第
３の熱処理は、単結晶化を図ることのできる処理装置で
あればいかなる装置を用いても良いが、第１、第２の熱
処理と同様に線状エキシマレーザー照射や、面状エキシ
マレーザー照射、さらには希ガスレーザーやYAGレーザ
ーなどのエキシマレーザー以外の照射手段を用いても良
い。

【００９６】なお、第１の熱処理Ｓ１２、第２の熱処理
Ｓ１３、第３の熱処理Ｓ１４は、工程上は分離されてい
るものの、同じチャンバーを用いた連続処理とすること
もでき、照射領域を変えることで同時進行するような工
程とすることも可能である。

【００９７】以上は、フローチャートに従った説明であ
るが、次に、図１９から図２３までを参照しながら、本
実施形態の半導体薄膜の製造方法についてさらに詳しく
説明する。先ず、図１９に示すように、ガラス、石英、
セラミック又はサファイヤなどの絶縁基板２３１を用意
し、その主面上に例えばプラズマエンハンストCVD法な
どにより非晶質半導体薄膜２３２を形成する。絶縁基板
２３１としては、エキシマレーザーを光源とすることか
ら低耐熱性（低融点）のいわゆる白板ガラスを用いても
良い。非晶質半導体薄膜２３２としては一例としてプラ
ズマエンハンストCVD法などを用いて非晶質シリコン膜
が形成される。この非晶質半導体薄膜２３２の膜厚は例
えば５０ｎｍ程度であるが、好適な膜厚は製造すべきデ
バイスの特性に応じて調整可能である。非晶質半導体薄
膜２３２の膜厚の一例としては、約１００nm以下であ
り、好ましくは８０nm以下であり、より好ましくは６０
nm以下である。

【００９８】非晶質半導体薄膜２３２の形成後、エキシ
マレーザーのレーザー光を照射して非晶質半導体薄膜２
３２の一部に照射領域を形成して脱水素化を図る。ここ
で、レーザー光の照射は、パルス幅が６０ナノ秒以上と
され、好ましい範囲としては６０ナノ秒以上且つ３００
ナノ秒以下であり、より好ましくは１００ナノ秒以上且
つ２５０ナノ秒以下であり、さらに好ましくは１２０ナ
ノ秒以上且つ２３０ナノ秒以下の範囲に設定される。こ
のエキシマレーザーの照射は、例えば３５０ｍJ／ｃｍ
^２のエネルギー強度で単数回とすることもできるが、３
００ｍJ／ｃｍ^２のエネルギー強度で例えば５０回程度
の照射であっても良い。６０ナノ秒以上のパルス幅のエ
キシマレーザーの照射によって、非晶質半導体薄膜２３
２の水素等が脱ガス化する。非晶質半導体薄膜２３２が
当初１０原子％以下の水素を含んだ薄膜として形成され
た場合であってもエキシマレーザーの照射から薄膜中の
水素等は離脱して行き、照射領域ではその揮発性ガスの
濃度は確実に低減される。非晶質シリコン膜の場合は、
その水素濃度を８％以下に抑えることで、非晶質シリコ
ン膜から放出される水素によって起こるアブレーション
は発生しなくなり、多結晶化する場合には一例として水
素含有率が２％から５％以下に制御することが好まし
い。

【００９９】このエキシマレーザーの照射は、例えば脱
ガス化を行う装置のチャンバー内のステージがビームの
端部同士が重なるように移動し、半導体薄膜の表面を間
欠的に逐次照射するものであっても良く、また、このよ
うな面順次に限らず線順次に照射する方式であっても良
い。また、ステージを固定してエキシマレーザーのビー
ム側を走査するようにしても良く、ステージとビームの
両方を動かすようにしても良い。エキシマレーザーのビ
ームの照射領域では、薄膜中の水素等は離脱して行って
水素等の濃度は確実に低減され、例えば膜中の水素ガス
濃度が例えば２原子％未満の非晶質半導体薄膜２３２を
形成することができる。

【０１００】エキシマレーザー照射装置に非晶質半導体
薄膜２３２を形成した絶縁基板２３１を装着し、第２の
熱処理としてエキシマレーザーの照射を行う。この時の
レーザー照射条件は、エキシマレーザーとして波長３０
８nmのＸｅＣｌエキシマレーザーが使用され、エネルギ
ー強度３４０ｍJ／ｃｍ^２で走査方向のオーバーラップ
率が９５％である。ＸｅＣｌエキシマレーザーは線状レ
ーザー照射を行う。このエキシマレーザー照射によっ
て、非晶質半導体薄膜２３２が溶融再結晶化され、図２
０に示すような、ほぼ整列した多結晶粒からなる多結晶
半導体薄膜２３３が形成される。多結晶半導体薄膜２３
３の各多結晶粒の形状は、ほぼ矩形状であり、その大き
さは、対角線の長さで０．２μｍから０．６μｍ程度で
ある。エキシマレーザー照射によって結晶粒界も形成さ
れ、粒界部では結晶の衝突による隆起から微小突部２３
５が、少なくとも３個以上の多結晶粒が境界をなす位置
に存在する。この微小突部２３５の高さは、大きいもの
では５０nm程度のサイズを有し、概ね高さは２５nm以上
のものとなっている。照射パルスを変えることにより、
多結晶粒の粒径を制御することができる。照射パルスを
例えば２０ショット以上に増やすことにより、多結晶粒
はその粒径を３μｍ以上にできる。なお、このときのエ
ネルギー強度として、非単結晶シリコンを溶融再結晶化
することができるが、多結晶シリコンを溶融できないエ
ネルギー強度を利用することで、好ましい固相成長も可
能となる。

【０１０１】図２２は、薄膜がレーザー照射によって多
結晶半導体薄膜となった時点での走査電子線顕微鏡写真
である。図中鰐皮状に展開しているのが、多結晶粒（ポ
リシリコン粒）であり、縦横に略規則的に整列されてお
り、少なくとも３個以上の多結晶粒が境界をなす位置に
複数の微小突部が形成されている。このような略規則的
な多結晶粒の整列は、線状レーザー照射時における開口
部等のエッジでの回折や、面状レーザー照射時には位相
シフトマスクなどのように強度変調をもたらすマスクな
どの干渉現象や回折現象によって光強度に周期的なパタ
ーンを与えるようにすることで現れる現象として捉える
ことができ、より包括的には、レーザー照射によって多
結晶粒に共通の境界条件を導入しているものと把握する
ことができる。多結晶粒が結合した単結晶領域を大きく
成長させるためには、隣接する多結晶粒同士が結合し易
いという状態にあることが好ましく、その前提として多
結晶粒が略規則的に整列した状態を形成することで熱処
理後の再結晶化の際に共通した多結晶粒の結晶方向性、
例えば（１００）面の如き配向面の共通の界面が得ら
れ、その秩序性を利用しながら円滑な多結晶粒同士の結
合が生ずる。したがって、次の第３の熱処理の際には、
多結晶粒同士の結合が容易に進められ、単結晶化が進め
られる。

【０１０２】このようなレーザー照射による第２の熱処
理に引き続いて、第３の熱処理が同じくエキシマレーザ
ー照射によって行われる。このエキシマレーザー照射の
照射条件は、エキシマレーザーとして波長３０８nmのＸ
ｅＣｌエキシマレーザーが使用され、エネルギー強度３
００ｍJ／ｃｍ^２で走査方向のオーバーラップ率が９５
％である。当該第３の熱処理としてのエキシマレーザー
照射は、第２の熱処理のエキシマレーザー照射よりも低
エネルギーであって第２の熱処理のエキシマレーザー照
射時よりも多結晶半導体薄膜２３３の熱処理温度が低く
される。このような低い温度でアニールすることで、一
度形成された多結晶シリコンが固相成長し、隣接する多
結晶粒間で結合が起こるものと考えられる。また、この
熱処理温度は、多結晶半導体薄膜２３３の形成材料であ
る多結晶シリコンの融点よりも低い温度となるように設
定されている。また、第３の熱処理は、第２の熱処理よ
り積分照射エネルギー量パルスエネルギー×パルス数が
大となるように設定されていて、単結晶化を図るように
している。

【０１０３】この第３の熱処理としてのエキシマレーザ
ー照射によって、図２１に示すように、多結晶半導体薄
膜２３３から単結晶薄膜２３４に変換される。すなわ
ち、エキシマレーザー照射によって、第２の熱処理で形
成された多結晶半導体薄膜２３３の隣接する多結晶粒同
士が結合し、少なくとも９ｘ１０^−８ｃｍ^２以上の大き
なサイズの単結晶領域を含み、好ましくは全体が単結晶
である単結晶薄膜２３４が形成される。なお、単結晶薄
膜２３４としては、多結晶や非晶質の半導体領域が混在
していても良い。

【０１０４】この第３の熱処理としてのエキシマレーザ
ー照射後においては、微小突部２３６が多結晶半導体薄
膜２３３の表面の微小突部２３５よりは高さが低くなっ
て形成されており、微小突部２３６の高さの範囲として
は２０nmから５nm以下の極めて低いものとなっている。
また、微小突部２３６の径も０．１μｍ以下となってお
り、微小突部２３６の密度は１ｘ１０^−４個/ｃｍ^２以
下とされている。この単結晶薄膜２３４の表面上の微小
突部３６は、第２の熱処理で得られた多結晶粒の少なく
とも３個以上の界面同士が衝突して隆起する位置と対応
した位置に形成されており、したがって、多結晶半導体
薄膜２３３の面の微小突部２３５が平坦化し、隆起とし
て残ったところが単結晶薄膜２３４の表面上の微小突部
２３６となっているが、完全に消失しているところも存
在する。

【０１０５】図２３は、薄膜が多結晶半導体薄膜２３３
から単結晶薄膜２３４となった時点での走査電子線顕微
鏡写真である。図２２の写真で見られた鰐皮状の多結晶
粒は消失し、複数の微小突部もほぼ消失して、大きな単
結晶領域からなる単結晶薄膜２３４が得られているのが
分かる。この大きな単結晶領域のサイズは２μｍ程度で
あり、薄膜トランジスタのチャンネル領域としては十分
な大きさである。

【０１０６】上述の如き、第２の熱処理と第３の熱処理
とを加えることで、微小突部２３６を伴った単結晶薄膜
２３４が形成されるが、第２の熱処理と第３の熱処理と
はエキシマレーザーの照射に限らず、他のレーザー光の
照射、例えば希ガスレーザー、YAGレーザーなどのレー
ザーや、透過させないことを前提としたX線、電子線等
の他のエネルギービームの照射などであっても良い。ま
た、第３の熱処理は加熱によるアニールであるので、レ
ーザーに限定されずに、ランプアニールや、比較的に長
時間のファーネスアニールやカーボンヒーターアニール
などのストリップヒーターを用いることもできる。ファ
ーネスアニールによる場合には、基板に耐熱性のある石
英を用いることが好ましく、４００℃から１０００℃で
３０分以上熱処理することが好ましい。ランプアニール
による場合にも同様に、基板に耐熱性のある石英を用い
ることが好ましく、４００℃から１０００℃で熱処理す
ることが好ましい。

【０１０７】第２の熱処理では、第３の熱処理のアニー
ル処理とは異なり、絶縁基板上に多結晶粒が略規則的に
整列された多結晶薄膜を形成することが好ましい。この
ため、第２の熱処理ではエネルギーの大きなレーザー照
射がなされるが、略規則的に整列された多結晶粒を得る
ためには、線状レーザー照射時における開口部等のエッ
ジでの回折や、面状レーザー照射時には位相シフトマス
クなどのように強度変調をもたらすマスクなどの干渉現
象や回折現象によって光強度に周期的なパターンを与え
るようにすることもできる。光強度に周期的なパターン
を与えることで、多結晶粒のもととなる核成長も周期的
なパターンの影響を受け、結果として絶縁基板上に多結
晶粒が略規則的に整列された多結晶薄膜が形成される。

【０１０８】第１の熱処理、第２の熱処理及び第３の熱
処理は、少なくともいずれかは、実質的に真空中、不活
性ガス雰囲気中、若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行う
ことができる。特に、最初に絶縁基板上に非晶質半導体
薄膜を形成した後、或いは第１の熱処理と第２の熱処理
の間で、さらには第２の熱処理と第３の熱処理の間で、
雰囲気ガスを同じものに維持し、あるいは大気開放しな
いでチャンバを移動することで処理をする場合には、雰
囲気ガスの調整に伴う生産時間の浪費を防ぐことができ
る。大気開放等を防ぐことで酸化の影響を排除できる。

【０１０９】なお、絶縁基板２３１は所要の剛性と耐熱
性を有したガラス基板や所謂白板ガラス基板、プラスチ
ック、セラミックなどの基板材料から、石英基板や、シ
リコンウエハやその他の半導体ウエハ上に酸化膜や窒化
膜を形成した基板などの種々のものを用いることがで
き、特に熱処理は極めて短い時間での処理が可能なこと
から、低耐熱性（例えば６００℃）程度の基板も十分に
使用することができる。なお、絶縁基板２３１の薄膜形
成面には種々の中間層や反射層、その他の機能層を設け
ることも可能である。

【０１１０】この絶縁基板２３１上に形成される単結晶
薄膜２３４は、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコ
ン膜などの非単結晶シリコン膜から結晶化した単結晶薄
膜であり、その膜厚は一例として４０ｎｍから５０ｎｍ
程度の大きさとされる。半導体結晶化薄膜は熱処理前の
段階では多結晶薄膜とされ、その場合において略規則的
な多結晶粒が整列された状態であることが好ましい。シ
リコン以外の材料としては、例えばSiGe,SiCなどの材料
を用いることも可能である。

【０１１１】単結晶薄膜２３４は、多結晶領域、多結晶
粒が結合した単結晶領域、非単結晶領域などが混在した
状態であっても良い。多結晶粒が結合した単結晶領域の
大きさは、例えば、９ｘ１０^−８ｃｍ^２以上であって、
好ましくは１６ｘ１０^−８ｃｍ^２以上である。形成され
る単結晶薄膜の内の単結晶領域が大きい程、結晶特性は
完全な単結晶に近いものとなって行き、同時に特性もよ
り安定したものとなる。この単結晶薄膜２３４は、絶縁
基板上の全面に形成される必要はなく、多結晶薄膜の一
部に存在する構造であっても良い。また、単結晶薄膜の
単結晶領域は、好ましくは（１００）、（１１１）、
（１１０）のいずれかの配向面を有し、主に（１００）
面を示すものが多く見られたが、（１１１）や（１１
０）の配向面も存在する。

【０１１２】また、上記のようにして作製された単結晶
薄膜２３４は、絶縁基板２３１上に形成された状態で、
半導体基板として半導体装置の製造に適用され得る。こ
のような半導体装置としては、薄膜トランジスタやその
他の電子デバイスが挙げられ、特に後述するような液晶
ディスプレイの駆動回路の薄膜トランジスタなどに応用
できる。単結晶薄膜には単結晶領域が含まれており、デ
バイスとして利用した場合にはデバイス特性が安定した
ものとなり、例えば薄膜トランジスタを作製した時で
は、その閾値のばらつきが抑制されることになると共に
移動度が高くされデバイスは高速動作に対応できること
になる。

【０１１３】［第８の実施形態］次に、図２４、図２５
及び図２６を参照して、本発明の第８の実施形態につい
て説明する。本実施形態は単結晶半導体薄膜の製造装置
に関する。

【０１１４】先ず、図２４を参照して単結晶半導体薄膜
の製造装置について説明する。図２４は、本実施形態に
かかる半導体薄膜の製造装置の一例の概略的な断面を示
す。その主たる構成は、ＣＶＤチャンバー２５９がレー
ザー照射チャンバー２６５と搬送チャンバー２６４を介
して接続する構造となっている。

【０１１５】ＣＶＤチャンバー２５９は、試料台２６２
に載置された基板上に薄膜をＣＶＤ法によって形成する
ための処理室であり、ＣＶＤチャンバー２５９の上部に
形成されたガス導入口２６０より、成膜ガス２６１を導
入して基板上に薄膜を形成する。搬送チャンバー２６４
は、ＣＶＤチャンバー２５９で処理された基板を大気開
放することなくレーザー照射チャンバー２６５まで運ぶ
ための搬送路となり、特にＣＶＤチャンバー２５９と搬
送チャンバー２６４との間にはゲート２６３が設けら
れ、例えばＣＶＤ法にて薄膜を形成している間はゲート
２６３が閉じられてＣＶＤチャンバー２５９と搬送チャ
ンバー２６４の間はガスが流通しない。レーザー照射チ
ャンバー２６５は、レーザー照射による脱ガス化処理及
び再結晶化のためのアニ−ル処理を施すための処理室で
あり、試料台２７５上に搬送チャンバー２６４から搬送
された基板が載置される。このレーザー照射チャンバー
２６５の上部には、レーザー光を透過する石英窓２６６
が設けられており、この石英窓２６６を介してエキシマ
レーザー２６７からレーザー光がレーザー照射チャンバ
ー２６５の基板上面に対して照射される。レーザー照射
チャンバー２６５の上部には、レーザー照射チャンバー
２６５内の雰囲気を所定の例えば窒素雰囲気にするため
のガス導入口２６８も設けられ、レーザー照射チャンバ
ー２６５の側壁には、レーザー照射後の処理基板を排出
するための排出口２６９も設けられている。

【０１１６】レーザー照射チャンバー２６５の上部に配
設されたエキシマレーザー２６７は、特にそのパルス幅
が６０ナノ秒以上のレーザーであり、本実施態様におい
ては照射のエネルギー密度を変えることで脱水素化と共
にアニ−ルによる再結晶化も行う。このエキシマレーザ
ー２６７は、試料台２７５上の基板の端部に対峙して該
端部を照射する状態から水平方向に移動可能に設けられ
ている。

【０１１７】次に、図２４の半導体薄膜の製造装置を用
いて脱ガス化及び結晶化を行う半導体薄膜の製造方法に
ついて、図２５及び図２６を参照しながら説明する。

【０１１８】先ず、図２５の(a)に示すように、ＣＶＤ
チャンバー２５９内で基板２５１が試料台２６２に載置
され、ゲート２６３を閉じた状態でＣＶＤ法による成膜
を行う。このＣＶＤ法による成膜時には、ガス導入口２
６０より非晶質シリコン膜の成膜のためのＣＶＤガスと
して、例えばシランガス及び水素ガスが導入される。こ
れらＣＶＤガスの導入と共に成膜時はプラズマ放電がＣ
ＶＤチャンバー２５９内で行われ、基板２５１上には非
晶質シリコン（a-Si）膜２５２が積層される。このよう
なプラズマエンハンストＣＶＤの場合は、必然的に水素
が非晶質シリコン膜２５２に含有されてしまうことにな
る。

【０１１９】続いて、プラズマ放電を停止し、ＣＶＤガ
スの供給も停止し、ＣＶＤチャンバー２５９内を真空に
する。ＣＶＤチャンバー２５９内を真空にした後、搬送
チャンバー２６４及びレーザー照射チャンバー２６５も
真空に引かれ、ゲート２６３が開かれてＣＶＤチャンバ
ー２５９内で成膜された基板２５１が図２５の（ｂ）の
矢印２７０方向に搬送され、搬送チャンバー２６４内を
通過した後、レーザー照射チャンバー２６５に到達す
る。レーザー照射チャンバー２６５内では、成膜された
基板２５１は試料台２７５の上に載置される。搬送チャ
ンバー２６４とＣＶＤチャンバー２５９の間に形成され
たゲート２６３は、基板２５１の通過後に閉じられる。
基板２５１のＣＶＤチャンバー２５９からレーザー照射
チャンバー２６５までの搬送の間に、基板２５１の周り
の雰囲気が大気開放されることがなく、短時間の処理が
実現できると共に、不要な不純物などにも汚染される確
率も低くなる。

【０１２０】水素を含有する非晶質シリコン膜２５２を
形成している基板２５１がレーザー照射チャンバー２６
５内の試料台２７５の上に載置されたところで、図２５
の（c）に示すように、脱水素化のためのレーザー光２
７２の照射が行われる。このレーザー光２７２の照射
は、例えばエキシマレーザー２６７からのパルス幅が６
０ナノ秒以上のレーザー光２７２の照射であり、そのエ
ネルギー密度は非晶質シリコン膜２５２を溶融したり結
晶化したりしない程度の例えば約３００ｍＪ／ｃｍ^２と
される。エキシマレーザー２６７からレーザー光２７２
は、基板２５１上の非晶質シリコン膜２５２全面には一
括して当たらないため、エキシマレーザー２６７は基板
２５１の主面に沿って図中矢印２７１方向に移動し、水
素を含有する非晶質シリコン膜２５２の全面の脱ガスを
行う。なお、レーザー照射チャンバー２６５を大きく基
板２５１のサイズの２倍程度とし、試料台２７５をＸＹ
ステージなどによって構成することで、エキシマレーザ
ー２６７を固定しながら試料台２７５を水平面内で移動
させてエキシマレーザー２６７のレーザー光２７２の全
面照射を図るようにしても良い。また、エキシマレーザ
ー２６７のレーザー光２７２と試料台２７５との双方を
移動させるようにすることもできる。このような脱ガス
化のためのレーザー光２７２の照射によって、非晶質シ
リコン膜２５２に含有される水素の量は低減され、例え
ば２原子％以下の電気炉アニ−ル並の脱ガス化も瞬時に
行うことができる。

【０１２１】この脱ガス化処理に続いて、非晶質シリコ
ン膜２５２の結晶化を同じエキシマレーザー２６７を用
いて行う。この結晶化のためのエキシマレーザー２６７
の照射は２段階であり、多結晶粒を略規則的に整列する
ためのエキシマレーザー２６７の照射（レーザー光２７
３）と、次の単結晶化のためのエキシマレーザー２６７
の照射（レーザー光２７４）とからなる。エキシマレー
ザー２６７からのレーザー光２７３は、例えば３４０ｍ
Ｊ／ｃｍ^２程度であり、既に脱水素化及び脱ガス化処理
がエキシマレーザー２６７からのレーザー光２７２によ
って進められていることから、膜の爆発などを未然に防
止しながら進めることができる。エキシマレーザー２６
７からのレーザー光２７３によって、非晶質シリコン膜
２５２が先ず多結晶化し、その多結晶粒が略規則的に整
列する（図２２参照。）。この多結晶化のためのエキシ
マレーザー２６７からのレーザー光２７３も、図２６の
（ｄ）に示すように矢印２７１方向にエキシマレーザー
２６７を移動させながら照射することができ、基板２５
１上の非晶質シリコン膜２５２の全面を多結晶化させる
ことができる。また、脱水素化のためのレーザー照射と
同様に、試料台２７５をＸＹステージなどによって構成
することで、エキシマレーザー２６７を固定しながら試
料台２７５を水平面内で移動させてエキシマレーザー２
６７のレーザー光２７３の全面照射を図るようにしても
良い。また、エキシマレーザー２６７のレーザー光２７
３と試料台２７５との双方を移動させるようにすること
もできる。

【０１２２】このような多結晶粒の略規則的な整列を図
った後、図２６の（e）に示すように単結晶化のための
エキシマレーザー２６７の照射を行う。レーザー光２７
４を受けた多結晶シリコン膜は、隣接する多結晶粒同士
が結合して単結晶シリコン膜２５２ｓとなる。この単結
晶化のためのエキシマレーザー２６７からのレーザー光
２７４も、図２６の（e）に示すように矢印２７１方向
にエキシマレーザー２６７を移動させながら照射するこ
とができ、基板２５１上の多結晶シリコン膜の全面を単
結晶化させることができる。また、脱水素化のためのレ
ーザー照射と同様に、試料台２７５をＸＹステージなど
によって構成することで、エキシマレーザー２６７を固
定しながら試料台２７５を水平面内で移動させてエキシ
マレーザー２６７のレーザー光２７３の全面照射を図る
ようにしても良い。また、エキシマレーザー２６７のレ
ーザー光２７３と試料台２７５との双方を移動させるよ
うにすることもできる。

【０１２３】最後に、図２６の（ｆ）に示すように、レ
ーザー照射チャンバー２６５の側部に形成された排出口
２６９が開かれ、脱ガス化処理とともに結晶化処理も施
された成膜済み基板２５１が排出口２６９から取り出さ
れる。

【０１２４】以上の如き工程から、同じエキシマレーザ
ー２６７を用いて基板２５１上の非晶質シリコン膜２５
２は脱ガス化処理されると共に結晶化処理も施される。
従来の製造方法では、電気炉で脱ガス化するために、Ｃ
ＶＤ装置からレーザーアニ−ル処理装置までの間で２時
間ほどの時間がかかり、大気に開放することも不可欠で
あったが、本実施形態ではＣＶＤ工程から脱ガス工程及
び結晶化工程まで同じ半導体薄膜の製造装置を使用して
処理できるため、生産性を高くできる。また、結晶化の
前に十分な脱ガス化が行われるため、非晶質シリコン膜
２５２の爆発を防止することができ、良質な結晶の半導
体薄膜を供給できる。

【０１２５】［第９の実施形態］次に、図２７を参照し
ながら、本発明に従って製造した薄膜トランジスタを用
いるところの半導体装置としてのアクティブマトリクス
型表示装置の一例を説明する。本実施形態は、パルス幅
が６０ナノ以上のエキシマレーザーで脱水素化を図り、
且つ略規則的に整列された多結晶粒を結合させて単結晶
化することにより薄膜を作製し、その薄膜をチャンネル
として利用して半導体装置を構成した例である。図示す
るように、本表示装置は、一対の絶縁基板２８１、２８
２と両者の間に保持された電気光学物質２８３とを備え
たパネル構造を有する。電気光学物質２８３としては、
例えば液晶材料を用いる。下側の絶縁基板２３１には、
画素アレイ部２８４と駆動回路部とが集積形成されてい
る。駆動回路部は、垂直スキャナ２８５と水平スキャナ
２８６とに分かれている。また、絶縁基板２８１の周辺
部上端には、外部接続用の端子部２８７が形成されてい
る。端子部２８７は、配線２８８を介して垂直スキャナ
２８５及び水平スキャナ２８６に接続している。画素ア
レイ部２８４には、行状のゲート配線２８９と列状の信
号配線２９０が形成されている。両配線の交差部には、
画素電極２９１とこれを駆動する薄膜トランジスタ２９
２が形成されている。薄膜トランジスタ２９２のゲー１
８１画素アレイ部１８４ト電極は、対応するゲート配線
２８９に接続され、ドレイン領域は、対応する画素電極
２９１に接続され、ソース領域は、対応する信号配線２
９０に接続している。ゲート配線２８９は、垂直スキャ
ナ２８５に接続する一方、信号配線２９０は、水平スキ
ャナ２８６に接続している。画素電極２９１をスイッチ
ング駆動する薄膜トランジスタ２９２及び垂直スキャナ
２８５と水平スキャナ２８６に含まれる薄膜トランジス
タは、上述した第８の実施形態の方法によってエキシマ
レーザーでその薄膜のチャンネル部分が脱水素化され且
つ略規則的に整列された多結晶粒を結合させて単結晶化
したものである。更には、垂直スキャナや水平スキャナ
に加え、ビデオドライバやタイミングジェネレータも絶
縁基板２８１内に集積形成することも可能である。

【０１２６】

【発明の効果】本発明に係る単結晶薄膜の製造方法は、
絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該非単結
晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶粒が略規則的に整
列した多結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄膜に第
２の熱処理を施して前記多結晶粒が結合した単結晶薄膜
を形成する工程とを有するものである。

【０１２７】また、本発明に係る単結晶薄膜の製造方法
は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該非
単結晶薄膜にレーザー光を照射して、前記非単結晶薄膜
を単結晶薄膜に変換する工程とを有するものである。

【０１２８】そして、本発明に係る単結晶薄膜の製造方
法は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該
非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して共通の境界条件を
導入しながら多結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄
膜に第２の熱処理を施して前記多結晶粒が結晶化した単
結晶薄膜を形成する工程とを有するものである。

【０１２９】以上のような本発明に係る単結晶薄膜の製
造方法では、第１の熱処理で略規則的に多結晶粒が整列
され、第２の熱処理で結晶化が進められて単結晶薄膜が
形成される。このため、その単結晶薄膜を用いて半導体
装置を製造した場合では、その半導体装置については高
い移動度による高速動作を期待することができ、また、
閾値電圧のばらつきなども抑えることができる。また、
製造工程においては、エキシマレーザーなどを用いて短
時間の処理が可能であり、大幅な製造工程にかかる時間
を短縮することができる。

【０１３０】本発明に係る半導体薄膜は、絶縁基体上に
形成された半導体薄膜において、該半導体薄膜の表面に
微小突部を有するものである。

【０１３１】また、本発明に係る半導体薄膜の製造方法
は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該非
単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶薄膜を形成す
る工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して半導体
結晶化薄膜を形成する工程とを有し、該半導体結晶化薄
膜の表面の突部を前記多結晶薄膜の表面の突部より低く
するものである。

【０１３２】また、本発明に係る半導体薄膜の製造方法
は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該非
単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶薄膜を形成す
る工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して半導体
結晶化薄膜を形成する工程とを有し、該半導体結晶化薄
膜の表面の突部の曲率半径を前記多結晶薄膜の表面の突
部の曲率半径より大きくするものである。

【０１３３】そして、本発明に係る半導体薄膜の製造方
法は、絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工程と、該
非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶粒が略規則
的に整列した多結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄
膜に第２の熱処理を施して少なくとも３個以上の前記多
結晶粒が境界をなす位置に存在する微小突部の高さを２
５nm以下とし、或いは該微小突部の曲率半径を６０nm以
上とする工程とを有するものである。

【０１３４】以上のような本発明に係る半導体薄膜およ
びその製造方法では、第１及び第２の熱処理で微小突部
を伴って形成される半導体結晶化薄膜が、従来の多結晶
薄膜とは一線を画した単結晶に近い特性を示す。このた
め該半導体薄膜を用いて半導体装置を製造した場合で
は、その半導体装置については高い移動度による高速動
作を期待することができ、また、閾値電圧のばらつきな
ども抑えることができる。また、製造工程においては、
エキシマレーザーなどを用いて短時間の処理が可能であ
り、大幅な製造工程にかかる時間を短縮することがで
き、製造コストを抑えて製造できることになる。

【０１３５】本発明に係る半導体薄膜の製造方法は、基
体上に形成された半導体薄膜の製造方法において、水素
含有非単結晶半導体薄膜を形成する工程と、該水素含有
非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して水素除去を行う工
程と、該水素除去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱
処理を施して多結晶粒が略規則的に整列した多結晶膜を
形成する工程とを有するものである。

【０１３６】また、本発明に係る他の半導体薄膜の製造
方法は、基体上に形成された半導体薄膜の製造方法にお
いて、水素含有非単結晶半導体薄膜を形成する工程と、
該水素含有非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して水素除
去を行う工程と、水素除去後の非単結晶薄膜に連続的に
第２の熱処理を施して溶融再結晶化する工程と、第３の
熱処理を施して前記溶融再結晶化した多結晶膜を単結晶
化する工程とを有するものである。

【０１３７】本発明に係る単結晶半導体薄膜の製造装置
は、基体上に形成された単結晶半導体薄膜の製造装置に
おいて、基体上に水素含有非単結晶薄膜を形成する薄膜
形成手段と、該水素含有非単結晶膜に第１の熱処理を施
して水素除去を行う第１の熱処理手段と、水素除去後の
非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理を施して溶融再結
晶化する第２の熱処理手段とを有するものである。

【０１３８】また、本発明に係る他の単結晶半導体薄膜
の製造装置は、基体上に形成された単結晶半導体薄膜の
製造装置において、基体上に水素含有非単結晶薄膜を形
成する薄膜形成手段と、該水素含有非単結晶薄膜に第１
の熱処理を施して水素除去を行う第１の熱処理手段と、
水素除去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理を施
して多結晶膜を形成する第２の熱処理手段と、第３の熱
処理を施して前記多結晶膜を単結晶化する第３の熱処理
手段とを有するものである。

【０１３９】以上のような本発明に係る半導体薄膜の製
造方法や単結晶半導体薄膜の製造装置を用いれば、レー
ザー照射などの短時間な熱処理によって水素除去が可能
となり、半導体薄膜の爆発を未然に防止して半導体薄膜
を製造できる。したがって、膜の欠陥や損傷が少ない半
導体装置を製造することが可能である。

【０１４０】また、本発明の半導体薄膜の製造方法や本
発明の単結晶半導体薄膜の製造装置を用いることで、絶
縁基板上に単結晶膜をレーザー照射によって形成するこ
とができ、多結晶薄膜とは一線を画し高性能で特性の安
定したデバイスの作製を容易に進めることが可能とな
り、しかも製造工程も短い時間で十分な単結晶半導体薄
膜を作製できる。

【０１４１】さらに本発明の半導体薄膜の製造方法や本
発明の単結晶半導体薄膜の製造装置を用いることで、熱
処理の間では大気開放することもなく、プロセスを進め
ることができ、このため膜の一部が酸化したり、雰囲気
を変えることによるプロセス時間の長時間化も防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単結晶薄膜の製造方法に用いられるエ
キシマレーザー照射装置の模式図である。

【図２】本発明の単結晶薄膜の製造方法の一例における
非晶質半導体薄膜の形成工程を示す工程斜視断面図であ
る。

【図３】本発明の単結晶薄膜の製造方法の一例における
多結晶半導体薄膜の形成工程を示す工程斜視断面図であ
る。

【図４】本発明の単結晶薄膜の製造方法の一例における
単結晶薄膜の形成工程を示す工程斜視断面図である。

【図５】前記本発明の単結晶薄膜の製造方法の一例にお
ける多結晶半導体薄膜の形成時の様子を示す走査電子線
顕微鏡写真である。

【図６】前記本発明の単結晶薄膜の製造方法の一例にお
ける単結晶薄膜の形成時の様子を示す走査電子線顕微鏡
写真である。

【図７】本発明の単結晶薄膜によって製造される半導体
装置を用いたアクティブマトリクス型表示装置を示す模
式的な斜視図である。

【図８】本発明の半導体薄膜の一例を模式的に示す断面
図である。

【図９】本発明の半導体薄膜の一例を模式的に示す斜視
断面図である。

【図１０】本発明の半導体薄膜の製造方法に用いられる
エキシマレーザー照射装置の模式図である。

【図１１】本発明の半導体薄膜の製造方法の一例におけ
る非晶質半導体薄膜の形成工程を示す工程斜視断面図で
ある。

【図１２】本発明の半導体薄膜の製造方法の一例におけ
る多結晶半導体薄膜の形成工程を示す工程斜視断面図で
ある。

【図１３】本発明の半導体薄膜の製造方法の一例におけ
る半導体結晶化薄膜の形成工程を示す工程斜視断面図で
ある。

【図１４】前記本発明の半導体薄膜の製造方法の一例に
おける多結晶半導体薄膜の形成時の微小突部の様子を示
す走査電子線顕微鏡写真である。

【図１５】前記本発明の半導体薄膜の製造方法の一例に
おける半導体結晶化薄膜の形成時の微小突部の様子を示
す走査電子線顕微鏡写真である。

【図１６】本発明の半導体薄膜によって製造された薄膜
半導体装置を用いたアクティブマトリクス型表示装置を
示す模式的な斜視図である。

【図１７】本発明の第６の実施形態の半導体薄膜の製造
方法のフローチャートである。

【図１８】本発明の第７の実施形態の半導体薄膜の製造
方法のフローチャートである。

【図１９】本発明の第７の実施形態の半導体薄膜の製造
方法における非晶質半導体薄膜の形成工程を示す工程斜
視断面図である。

【図２０】本発明の第７の実施形態の半導体薄膜の製造
方法における多結晶半導体薄膜の形成工程を示す工程斜
視断面図である。

【図２１】本発明の第７の実施形態の半導体薄膜の製造
方法における単結晶薄膜の形成工程を示す工程斜視断面
図である。

【図２２】本発明の第７の実施形態の半導体薄膜の製造
方法における多結晶半導体薄膜の形成時の様子を示す走
査電子線顕微鏡写真である。

【図２３】本発明の第７の実施形態の半導体薄膜の製造
方法における単結晶薄膜の形成時の様子を示す走査電子
線顕微鏡写真である。

【図２４】本発明の第８の実施形態の単結晶半導体薄膜
の製造装置の構造を示す模式図である。

【図２５】本発明の第８の実施形態の半導体薄膜の製造
方法をその装置内の状態と共に示す断面図であり、(a)
はＣＶＤ工程、（ｂ）は基板の搬送工程、（ｃ）は脱ガ
ス化工程を示す。

【図２６】本発明の第８の実施形態の半導体薄膜の製造
方法をその装置内の状態と共に示す断面図であり、(ｄ)
は多結晶化工程、(e）は単結晶化工程、（ｆ）は基板の
排出工程を示す。

【図２７】本発明の単結晶薄膜によって製造される半導
体装置を用いたアクティブマトリクス型表示装置を示す
模式的な斜視図である。

【符号の説明】

３１絶縁基板３４単結晶薄膜３５、３６微小突部３２非晶質半導体薄膜３３多結晶半導体薄膜１０１、１３１絶縁基板１０２結晶化薄膜１０３、１３５、１３６微小突部１３２非晶質半導体薄膜１３３多結晶半導体薄膜１３４半導体結晶化薄膜２３１絶縁基板２３２非晶質半導体薄膜２３３多結晶半導体薄膜２３４単結晶薄膜２３５、２３６微小突部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２０ (72)発明者碓井節夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者坂本安広東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者森芳文東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 2H092 JA24 KA04 KA05 MA08 MA29 MA30 NA27 NA29 PA01 5F052 AA02 AA03 AA06 AA11 AA14 AA17 AA24 BA02 BA04 BA07 BA12 BB01 BB02 BB07 CA04 DA02 DA10 DB01 DB02 DB03 EA15 EA16 FA19 HA01 JA01 5F110 AA16 AA18 BB02 BB05 DD01 DD02 DD03 DD04 DD05 DD13 DD14 GG01 GG02 GG13 GG16 GG17 GG22 GG25 GG44 GG45 GG47 GG48 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP08 PP13 PP29 PP35 QQ09 QQ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する工
程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶粒が略規
則的に整列した多結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して前記多結晶粒が結
合した単結晶薄膜を形成する工程とを有することを特徴
とする単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２】前記第１及び第２の熱処理の少なくとも
いずれかがレーザー光照射であることを特徴とする請求
項１記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３】前記第１及び第２の熱処理はレーザー光
照射により行われ、前記第２の熱処理におけるレーザー
光強度は前記第１の熱処理におけるレーザー光強度より
も低いことを特徴とする請求項１記載の単結晶薄膜の製
造方法。
【請求項４】前記第２の熱処理は多結晶薄膜の融点よ
りも低い温度であることを特徴とする請求項１記載の単
結晶薄膜の製造方法。
【請求項５】前記第１及び第２の熱処理の少なくとも
いずれかがエキシマレーザーのレーザー光照射であるこ
とを特徴とする請求項１記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項６】前記第１及び第２の熱処理の少なくとも
いずれかが線状レーザー光照射であることを特徴とする
請求項１記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項７】前記線状レーザー光照射を光照射の長手
方向に垂直な走査方向に重ね合わせ照射することを特徴
とする請求項１記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項８】前記第１及び第２の熱処理の少なくとも
いずれかが面状レーザー光照射であることを特徴とする
請求項１記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項９】前記面状レーザー光照射はマスクを用い
て照射することを特徴とする請求項１記載の単結晶薄膜
の製造方法。
【請求項１０】前記第２の熱処理はファーネスアニ−
ル、ランプアニ−ルまたはストリップヒーターアニール
であることを特徴とする請求項１記載の単結晶薄膜の製
造方法。
【請求項１１】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかは、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気中、
若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする
請求項１記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項１２】絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する
工程と、該非単結晶薄膜にレーザー光を照射して、前記非単結晶
薄膜を単結晶薄膜に変換する工程とを有することを特徴
とする単結晶薄膜の製造方法。
【請求項１３】前記レーザー光はエキシマレーザー光
であることを特徴とする請求項１２記載の単結晶薄膜の
製造方法。
【請求項１４】前記レーザー光の照射は第１のレーザ
ー照射と第２のレーザー照射とからなることを特徴とす
る請求項１２記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項１５】前記第２のレーザー照射は前記第１の
レーザー照射よりもエネルギー密度が低いことを特徴と
する請求項１２記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項１６】前記第２のレーザー照射によって照射
された領域は非単結晶薄膜の融点よりも低い温度である
ことを特徴とする請求項１２記載の単結晶薄膜の製造方
法。
【請求項１７】前記第１及び第２のレーザー照射の少
なくともいずれかが線状レーザー光照射であることを特
徴とする請求項１２記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項１８】前記線状レーザー光照射を光照射の長
手方向に垂直な走査方向に重ね合わせ照射することを特
徴とする請求項１２記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項１９】前記第１及び第２のレーザー照射の少
なくともいずれかが面状レーザー光照射であることを特
徴とする請求項１２記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２０】前記面状レーザー光照射はマスクを用
いて照射することを特徴とする請求項１２記載の単結晶
薄膜の製造方法。
【請求項２１】前記レーザー光照射は、実質的に真空
中、不活性ガス雰囲気中、若しくは非酸化性ガス雰囲気
中で行うことを特徴とする請求項１２記載の単結晶薄膜
の製造方法。
【請求項２２】前記レーザー光照射の後に熱処理を行
うことを特徴とする請求項１２記載の単結晶薄膜の製造
方法。
【請求項２３】前記熱処理はファーネスアニ−ル、ラ
ンプアニ−ルまたはストリップヒーターアニールである
ことを特徴とする請求項２２記載の単結晶薄膜の製造方
法。
【請求項２４】前記レーザー光照射及び前記熱処理
は、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気中、若しくは非
酸化性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項２２
記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２５】絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する
工程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して共通の
境界条件を導入しながら多結晶薄膜を形成する工程と、
該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して前記多結晶粒が結
晶化した単結晶薄膜を形成する工程とを有することを特
徴とする単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２６】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかがレーザー光照射であることを特徴とする請
求項２５記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２７】前記第１及び第２の熱処理はレーザー
光照射により行われ、前記第２の熱処理におけるレーザ
ー光強度は前記第１の熱処理におけるレーザー光強度よ
りも低いことを特徴とする請求項２５記載の単結晶薄膜
の製造方法。
【請求項２８】前記第２の熱処理は多結晶薄膜の融点
よりも低い温度であることを特徴とする請求項２５記載
の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項２９】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかがエキシマレーザーのレーザー光照射である
ことを特徴とする請求項２５記載の単結晶薄膜の製造方
法。
【請求項３０】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかが線状レーザー光照射であることを特徴とす
る請求項２５記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３１】前記線状レーザー光照射を光照射の長
手方向に垂直な走査方向に重ね合わせ照射することを特
徴とする請求項２５記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３２】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかが面状レーザー光照射であることを特徴とす
る請求項２５記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３３】前記面状レーザー光照射はマスクを用
いて照射することを特徴とする請求項２５記載の単結晶
薄膜の製造方法。
【請求項３４】前記第２の熱処理はファーネスアニ−
ル、ランプアニ−ルまたはストリップヒーターアニール
であることを特徴とする請求項２５記載の単結晶薄膜の
製造方法。
【請求項３５】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかは、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気中、
若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする
請求項２５記載の単結晶薄膜の製造方法。
【請求項３６】絶縁基体上にレーザー照射によって単
結晶化された単結晶薄膜を有することを特徴とする単結
晶薄膜基板。
【請求項３７】前記単結晶薄膜の膜厚は５００nm以下
であることを特徴とする請求項３６記載の単結晶薄膜基
板。
【請求項３８】前記絶縁基体はガラス、石英、または
セラミックのいずれかからなることを特徴とする請求項
３６記載の単結晶薄膜基板。
【請求項３９】前記単結晶薄膜はSi,SiGe,SiCのいず
れかからなることを特徴とする請求項３６記載の単結晶
薄膜基板。
【請求項４０】前記単結晶薄膜の結晶化は、多結晶薄
膜を該薄膜中の多結晶粒を略規則的に整列させた後、熱
処理を施すことで行われることを特徴とする請求項３６
記載の単結晶薄膜基板。
【請求項４１】絶縁基体上にレーザー照射によって少
なくとも一部が単結晶領域となるように結晶化された半
導体薄膜を有することを特徴とする単結晶薄膜基板。
【請求項４２】前記半導体薄膜は前記単結晶領域と多
結晶半導体領域及び非結晶半導体領域が混在された膜で
あることを特徴とする請求項４１記載の単結晶薄膜基
板。
【請求項４３】前記半導体薄膜の膜厚は５００nm以下
であることを特徴とする請求項４１記載の単結晶薄膜基
板。
【請求項４４】前記絶縁基体はガラス、石英、または
セラミックのいずれかからなることを特徴とする請求項
４１記載の単結晶薄膜基板。
【請求項４５】前記半導体薄膜はSi,SiGe,SiCのいず
れかからなることを特徴とする請求項４１記載の単結晶
薄膜基板。
【請求項４６】前記単結晶薄膜の結晶化は、多結晶薄
膜を該薄膜中の多結晶粒を略規則的に整列させた後、熱
処理を施すことで行われることを特徴とする請求項４１
記載の単結晶薄膜基板。
【請求項４７】絶縁基体上にレーザー照射によって単
結晶化された単結晶薄膜を有し、該単結晶薄膜の表面に
は絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体装
置。
【請求項４８】前記半導体薄膜は前記単結晶領域と多
結晶半導体領域及び非結晶半導体領域が混在された膜で
あることを特徴とする請求項４７記載の半導体装置。
【請求項４９】前記半導体薄膜の膜厚は５００nm以下
であることを特徴とする請求項４７記載の半導体装置。
【請求項５０】前記絶縁基体はガラス、石英、または
セラミックのいずれかからなることを特徴とする請求項
４７記載の半導体装置。
【請求項５１】前記半導体薄膜はSi,SiGe,SiCのいず
れかからなることを特徴とする請求項４７記載の半導体
装置。
【請求項５２】前記単結晶薄膜の結晶化は、多結晶薄
膜を該薄膜中の多結晶粒を略規則的に整列させた後、熱
処理を施すことで行われることを特徴とする請求項４７
記載の半導体装置。
【請求項５３】絶縁基体上に形成された半導体薄膜に
おいて、該半導体薄膜の表面に微小突部を有することを
特徴とする半導体薄膜。
【請求項５４】前記微小突部は略規則的に配置されて
いることを特徴とする請求項５３記載の半導体薄膜。
【請求項５５】前記微小突部の高さは２０ｎｍ以下で
あることを特徴とする請求項５３記載の半導体薄膜。
【請求項５６】前記微小突部の径は０．１μｍ以下で
あることを特徴とする請求項５３記載の半導体薄膜。
【請求項５７】前記微小突部の曲率半径は６０ｎｍ以
上であることを特徴とする請求項５３記載の半導体薄
膜。
【請求項５８】前記微小突部の密度は１ｘ１０^１０個
／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項５３記載の
半導体薄膜。
【請求項５９】前記半導体薄膜の厚さが５０ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項５３記載の半導体薄膜。
【請求項６０】前記微小突部は前記半導体薄膜内の多
結晶粒の粒界部分が隆起して形成されてなるものである
ことを特徴とする請求項５３記載の半導体薄膜。
【請求項６１】前記半導体薄膜は非単結晶、単結晶の
いずれか又はそれらの組み合わせからなることを特徴と
する請求項５３記載の半導体薄膜。
【請求項６２】前記半導体薄膜に形成された単結晶領
域の大きさは１ｘ１０ ^−８ｃｍ^２以上であることを特徴
とする請求項５３記載の半導体薄膜。
【請求項６３】前記半導体薄膜に形成された単結晶領
域の配向面が（１００）、（１１１）、（１１０）のい
ずれかであることを特徴とする請求項５３記載の半導体
薄膜。
【請求項６４】絶縁基体上に形成された半導体薄膜を
用いて形成される半導体装置において、該半導体薄膜の
表面に微小突部を有し、該半導体薄膜の表面には絶縁膜
が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６５】前記微小突部は略規則的に配置されて
いることを特徴とする請求項６４記載の半導体装置。
【請求項６６】前記微小突部の高さは２０ｎｍ以下で
あることを特徴とする請求項６４記載の半導体装置。
【請求項６７】前記微小突部の径は０．１μｍ以下で
あることを特徴とする請求項６４記載の半導体装置。
【請求項６８】前記微小突部の曲率半径は６０ｎｍ以
上であることを特徴とする請求項６４記載の半導体装
置。
【請求項６９】前記微小突部の密度は１ｘ１０^１０個
／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項６４記載の
半導体装置。
【請求項７０】前記絶縁膜の厚みが５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項６４記載の半導体装置。
【請求項７１】前記半導体薄膜の厚さが５０ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項６４記載の半導体装置。
【請求項７２】前記半導体薄膜は非単結晶、単結晶の
いずれか又はそれらの組み合わせからなることを特徴と
する請求項６４記載の半導体薄膜。
【請求項７３】前記半導体薄膜に形成された単結晶領
域の大きさは１ｘ１０ ^−８ｃｍ^２以上であることを特徴
とする請求項６４記載の半導体装置。
【請求項７４】前記半導体薄膜に形成された単結晶領
域の配向面が（１００）、（１１１）、（１１０）のい
ずれかであることを特徴とする請求項６４記載の半導体
装置。
【請求項７５】半導体薄膜を有する基板において、該
半導体薄膜の表面に微小突部を有することを特徴とする
基板。
【請求項７６】前記微小突部は略規則的に配置されて
いることを特徴とする請求項７５記載の半導体基板。
【請求項７７】前記微小突部の高さは２０ｎｍ以下で
あることを特徴とする請求項７５記載の基板。
【請求項７８】前記微小突部の径は０．１μｍ以下で
あることを特徴とする請求項７５記載の基板。
【請求項７９】前記微小突部の曲率半径は６０ｎｍ以
上であることを特徴とする請求項７５記載の基板。
【請求項８０】前記微小突部の密度は１ｘ１０^１０個
／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項７５記載の
基板。
【請求項８１】前記半導体薄膜の厚さが５０ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項７５記載の基板。
【請求項８２】前記半導体薄膜は非単結晶、単結晶の
いずれか又はそれらの組み合わせからなることを特徴と
する請求項７５記載の基板。
【請求項８３】前記半導体薄膜に形成された単結晶領
域の大きさは１ｘ１０ ^−８ｃｍ^２以上であることを特徴
とする請求項７５記載の基板。
【請求項８４】前記単結晶薄膜に形成された単結晶領
域の配向面が（１００）、（１１１）、（１１０）のい
ずれかであることを特徴とする請求項７５記載の基板。
【請求項８５】絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する
工程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶薄膜を形
成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して半導体結晶化薄膜
を形成する工程とを有し、該半導体結晶化薄膜の表面の突部を前記多結晶薄膜の表
面の突部より低くすることを特徴とする半導体薄膜の製
造方法。
【請求項８６】前記多結晶薄膜は高さが２５nm以上の
突部を表面に有することを特徴とする請求項８５記載の
半導体薄膜の製造方法。
【請求項８７】前記半導体結晶化薄膜は高さが２０nm
以下の突部を表面に有することを特徴とする請求項８５
記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８８】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかがレーザー光照射であることを特徴とする請
求項８５記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８９】前記第１及び第２の熱処理はレーザー
光照射により行われ、前記第２の熱処理におけるレーザ
ー光強度は前記第１の熱処理におけるレーザー光強度よ
りも低いことを特徴とする請求項８５記載の半導体薄膜
の製造方法。
【請求項９０】前記第２の熱処理は多結晶薄膜の融点
よりも低い温度であることを特徴とする請求項８５記載
の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９１】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかがエキシマレーザーのレーザー光照射である
ことを特徴とする請求項８５記載の半導体薄膜の製造方
法。
【請求項９２】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかが線状レーザー光照射であることを特徴とす
る請求項８５記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９３】前記線状レーザー光照射を光照射の長
手方向に垂直な走査方向に重ね合わせ照射することを特
徴とする請求項９２記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９４】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかが面状レーザー光照射であることを特徴とす
る請求項８５記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９５】前記面状レーザー光照射はマスクを用
いて照射することを特徴とする請求項９４記載の半導体
薄膜の製造方法。
【請求項９６】前記第２の熱処理はファーネスアニ−
ルであることを特徴とする請求項８５記載の半導体薄膜
の製造方法。
【請求項９７】前記第２の熱処理はランプアニ−ルで
あることを特徴とする請求項８５記載の半導体薄膜の製
造方法。
【請求項９８】前記第１及び第２の熱処理の少なくと
もいずれかは、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気中、
若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする
請求項８５記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９９】絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成する
工程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶薄膜を形
成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して半導体結晶化薄膜
を形成する工程とを有し、該半導体結晶化薄膜の表面の突部の曲率半径を前記多結
晶薄膜の表面の突部の曲率半径より大きくすることを特
徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項１００】前記多結晶薄膜はその曲率半径が６
０nm以下の突部を表面に有することを特徴とする請求項
９９記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０１】前記半導体結晶化薄膜はその曲率半
径が６０nm以上の突部を表面に有することを特徴とする
請求項９９記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０２】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかがレーザー光照射であることを特徴とする
請求項９９記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０３】前記第１及び第２の熱処理はレーザ
ー光照射により行われ、前記第２の熱処理におけるレー
ザー光強度は前記第１の熱処理におけるレーザー光強度
よりも低いことを特徴とする請求項９９記載の半導体薄
膜の製造方法。
【請求項１０４】前記第２の熱処理は多結晶薄膜の融
点よりも低い温度であることを特徴とする請求項９９記
載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０５】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかがエキシマレーザーのレーザー光照射であ
ることを特徴とする請求項９９記載の半導体薄膜の製造
方法。
【請求項１０６】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかが線状レーザー光照射であることを特徴と
する請求項９９記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０７】前記線状レーザー光照射を光照射の
長手方向に垂直な走査方向に重ね合わせ照射することを
特徴とする請求項１０６記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０８】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかが面状レーザー光照射であることを特徴と
する請求項９９記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０９】前記面状レーザー光照射はマスクを
用いて照射することを特徴とする請求項１０８記載の半
導体薄膜の製造方法。
【請求項１１０】前記第２の熱処理はファーネスアニ
−ルであることを特徴とする請求項９９記載の半導体薄
膜の製造方法。
【請求項１１１】前記第２の熱処理はランプアニ−ル
であることを特徴とする請求項９９記載の半導体薄膜の
製造方法。
【請求項１１２】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかは、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気
中、若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行うことを特徴と
する請求項９９記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１３】絶縁基体上に非単結晶薄膜を形成す
る工程と、該非単結晶薄膜に第１の熱処理を施して多結晶粒が略規
則的に整列した多結晶薄膜を形成する工程と、該多結晶薄膜に第２の熱処理を施して少なくとも３個以
上の前記多結晶粒が境界をなす位置に存在する微小突部
の高さを２５nm以下とし、或いは該微小突部の曲率半径
を６０nm以上とする工程とを有することを特徴とする半
導体薄膜の製造方法。
【請求項１１４】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかがレーザー光照射であることを特徴とする
請求項１１３記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１５】前記第１及び第２の熱処理はレーザ
ー光照射により行われ、前記第２の熱処理におけるレー
ザー光強度は前記第１の熱処理におけるレーザー光強度
よりも低いことを特徴とする請求項１１３記載の半導体
薄膜の製造方法。
【請求項１１６】前記第２の熱処理は多結晶薄膜の融
点よりも低い温度であることを特徴とする請求項１１３
記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１７】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかがエキシマレーザーのレーザー光照射であ
ることを特徴とする請求項１１３記載の半導体薄膜の製
造方法。
【請求項１１８】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかが線状レーザー光照射であることを特徴と
する請求項１１３記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１９】前記線状レーザー光照射を光照射の
長手方向に垂直な走査方向に重ね合わせ照射することを
特徴とする請求項１１３記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２０】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかが面状レーザー光照射であることを特徴と
する請求項１１３記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２１】前記面状レーザー光照射はマスクを
用いて照射することを特徴とする請求項１１３記載の半
導体薄膜の製造方法。
【請求項１２２】前記第２の熱処理はファーネスアニ
−ルであることを特徴とする請求項１１３記載の半導体
薄膜の製造方法。
【請求項１２３】前記第２の熱処理はランプアニ−ル
であることを特徴とする請求項１１３記載の半導体薄膜
の製造方法。
【請求項１２４】前記第１及び第２の熱処理の少なく
ともいずれかは、実質的に真空中、不活性ガス雰囲気
中、若しくは非酸化性ガス雰囲気中で行うことを特徴と
する請求項１１３記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２５】前記多結晶粒の径は０．１μｍ乃至
４．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１１３
記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２６】絶縁基体上に多結晶粒が略規則的に
整列された多結晶薄膜から形成された半導体薄膜であっ
て、少なくとも３個以上の前記多結晶粒が境界をなす位
置に微小突部が形成されていることを特徴とする半導体
薄膜。
【請求項１２７】前記微小突部は略規則的に配置され
ていることを特徴とする請求項１２６記載の半導体薄
膜。
【請求項１２８】前記半導体薄膜の膜厚は５０nm以下
であることを特徴とする請求項１２６記載の半導体薄
膜。
【請求項１２９】前記多結晶粒の径は０．１μｍ乃至
４．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１２６
記載の半導体薄膜。
【請求項１３０】基体上に形成された半導体薄膜の製
造方法において、水素含有非単結晶半導体薄膜を形成す
る工程と、該水素含有非単結晶薄膜に第１の熱処理を施
して水素除去を行う工程と、該水素除去後の非単結晶薄
膜に連続的に第２の熱処理を施して多結晶粒が略規則的
に整列した多結晶膜を形成する工程とを有することを特
徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３１】前記第２の熱処理により、略規則的
に整列した多結晶粒をさらに固相成長させて該多結晶粒
の粒界を少なくすることを特徴とする請求項１３０記載
の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３２】前記第１及び第２の熱処理がレーザ
ー光照射であることを特徴とする請求項１３０記載の半
導体薄膜の製造方法。
【請求項１３３】前記第１の熱処理が面状レーザー光
照射であることを特徴とする請求項１３０記載の半導体
薄膜の製造方法。
【請求項１３４】前記第１熱処理がエキシマレーザの
光照射であり、そのパルス幅が６０ns以上であることを
特徴とする請求項１３０記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３５】前記第２の熱処理が線状レーザー光
照射であることを特徴とする請求項１３０記載の半導体
薄膜の製造方法。
【請求項１３６】前記第１及び第２の熱処理が同一チ
ャンバー内で行われることを特徴とする請求項１３０記
載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３７】基体上に形成された半導体薄膜の製
造方法において、水素含有非単結晶半導体薄膜を形成す
る工程と、該水素含有非単結晶薄膜に第１の熱処理を施
して水素除去を行う工程と、水素除去後の非単結晶薄膜
に連続的に第２の熱処理を施して溶融再結晶化する工程
と、第３の熱処理を施して前記溶融再結晶化した多結晶
膜を単結晶化する工程とを有することを特徴とする半導
体薄膜の製造方法。
【請求項１３８】前記第２の熱処理を施して溶融再結
晶化した際には、非単結晶薄膜は略規則的に整列された
多結晶粒を有する多結晶膜に変換されることを特徴とす
る請求項１３７記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３９】第１、第２及び第３の熱処理がレー
ザー光照射であることを特徴とする請求項１３７記載の
半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４０】第１の熱処理が面状レーザー光照射
であることを特徴とする請求項１３７記載の半導体薄膜
の製造方法。
【請求項１４１】前記第１熱処理がエキシマレーザの
レーザー光照射であり、そのパルス幅が６０ns以上であ
ることを特徴とする請求項１３７記載の半導体薄膜の製
造方法。
【請求項１４２】前記第２の熱処理が線状レーザー光
照射であることを特徴とする請求項１３７記載の半導体
薄膜の製造方法。
【請求項１４３】前記第１、第２及び第３の熱処理が
同一チャンバー内で行われることを特徴とする請求項１
３７記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４４】前記第３の熱処理は前記第２の熱処
理より積分照射エネルギー量が大であることを特徴とす
る請求項１３７記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４５】前記第３の熱処理は前記第２の熱処
理より低温であることを特徴とする請求項１３７記載の
半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４６】前記第３の熱処理は前記多結晶膜の
融点以下であることを特徴とする請求項１３７記載の半
導体薄膜の製造方法。
【請求項１４７】前記第２の熱処理が面状レーザー光
照射であり、かつマスクを用いて照射することを特徴と
する請求項１３７記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１４８】前記第３の熱処理はファーネスアニ
ールであることを特徴とする請求項１３７記載の半導体
薄膜の製造方法。
【請求項１４９】前記第３の熱処理はランプアニール
であることを特徴とする請求項１３７記載の半導体薄膜
の製造方法。
【請求項１５０】前記第１、第２及び第３の熱処理の
少なくともいずれかを実質的に真空中、もしくは不活性
ガス雰囲気中、非酸化性ガス雰囲気中のいずれかで行う
ことを特徴とする請求項１３７記載の半導体薄膜の製造
方法。
【請求項１５１】前記第１、第２及び第３の熱処理の
工程を連続的に気密雰囲気中で行うことを特徴とする請
求項１３７記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１５２】前記多結晶薄膜はその粒径が０．２
μm〜０．６μmであることを特徴とする請求項１３７記
載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１５３】前記第１の熱処理と第３の熱処理を
同じレーザ装置を用いて行うことを特徴とする請求項１
３７記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１５４】基体上に形成された単結晶半導体薄
膜の製造装置において、基体上に水素含有非単結晶薄膜
を形成する薄膜形成手段と、該水素含有非単結晶膜に第
１の熱処理を施して水素除去を行う第１の熱処理手段
と、水素除去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理
を施して溶融再結晶化する第２の熱処理手段とを有する
ことを特徴とする単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１５５】前記第２の熱処理を施して溶融再結
晶化することで、前記非単結晶薄膜は略規則的に整列さ
れた多結晶粒を有する多結晶膜に変換されることを特徴
とする請求項１５４記載の単結晶半導体薄膜の製造装
置。
【請求項１５６】前記第１及び第２の熱処理手段がレ
ーザー光照射であることを特徴とする請求項１５４記載
の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１５７】前記第１の熱処理手段が面状レーザ
ー光照射であることを特徴とする請求項１５４記載の単
結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１５８】前記第１熱処理手段はエキシマレー
ザのレーザー光照射であり、そのパルス幅が６０ns以上
であることを特徴とする請求項１５４記載の単結晶半導
体薄膜の製造装置。
【請求項１５９】前記第２の熱処理手段が線状レーザ
ー光照射であることを特徴とする請求項１５４記載の単
結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６０】前記第１及び第２の熱処理手段が同
一チャンバー内に配されていることを特徴とする請求項
１５４記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６１】前記第２の熱処理手段が面状レーザ
ー光であり、かつマスクを有することを特徴とする請求
項１５４記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６２】前記第１及び第２の熱処理手段の少
なくともいずれかが実質的に真空中、もしくは不活性ガ
ス雰囲気中、非酸化性ガス雰囲気中に保たれていること
を特徴とする請求項１５４記載の単結晶半導体薄膜の製
造装置。
【請求項１６３】前記第１及び第２の熱処理手段が連
続的に配されていることを特徴とする請求項１５４記載
の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６４】前記第１及び第２の熱処理手段が連
続的かつ気密的に配されていることを特徴とする請求項
１５４記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６５】基体上に形成された単結晶半導体薄
膜の製造装置において、基体上に水素含有非単結晶薄膜
を形成する薄膜形成手段と、該水素含有非単結晶薄膜に
第１の熱処理を施して水素除去を行う第１の熱処理手段
と、水素除去後の非単結晶薄膜に連続的に第２の熱処理
を施して多結晶膜を形成する第２の熱処理手段と、第３
の熱処理を施して前記多結晶膜を単結晶化する第３の熱
処理手段とを有することを特徴とする単結晶半導体薄膜
の製造装置。
【請求項１６６】前記第２の熱処理を施して溶融再結
晶化することで、前記非単結晶薄膜は略規則的に整列さ
れた多結晶粒からなる多結晶膜に変換されることを特徴
とする請求項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装
置。
【請求項１６７】前記第１、第２及び第３の熱処理手
段がレーザー光照射であることを特徴とする請求項１６
５記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６８】前記第１の熱処理手段が面状レーザ
ー光照射であることを特徴とする請求項１６５記載の単
結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１６９】前記第１熱処理手段のエキシマレー
ザのパルス幅が６０ns以上であることを特徴とする請求
項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１７０】前記第２の熱処理手段が線状レーザ
ー光照射であることを特徴とする請求項１６５記載の単
結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１７１】前記第１、第２、及び第３の熱処理
手段が同一チャンバー内に配されていることを特徴とす
る請求項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１７２】前記第３の熱処理手段の積分照射エ
ネルギー量は前記第２の熱処理手段の積分照射エネルギ
ー量より大であることを特徴とする請求項１６５記載の
単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１７３】前記第３の熱処理手段による熱処理
温度は前記第２の熱処理手段より低温であることを特徴
とする請求項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装
置。
【請求項１７４】前記第３の熱処理手段による熱処理
温度は前記多結晶膜の融点以下であることを特徴とする
請求項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１７５】前記第２の熱処理手段が面状レーザ
ー光の照射装置であり、かつマスクを有することを特徴
とする請求項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装
置。
【請求項１７６】前記第３の熱処理手段は抵抗加熱炉
であることを特徴とする請求項１６５記載の単結晶半導
体薄膜の製造装置。
【請求項１７７】前記第３の熱処理手段は赤外線ラン
プ、キセノンランプまたはクリプトンランプであること
を特徴とする請求項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製
造装置。
【請求項１７８】前記第１、第２及び第３の熱処理手
段の少なくともいずれかが実質的に真空中、もしくは不
活性ガス雰囲気中、非酸化性ガス雰囲気中に保たれてい
ることを特徴とする請求項１６５記載の単結晶半導体薄
膜の製造装置。
【請求項１７９】前記第１の熱処理手段と前記第３の
熱処理手段が同じレーザ装置であることを特徴とする請
求項１６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１８０】前記第１、第２、及び第３の熱処理
手段が連続的に配されていることを特徴とする請求項１
６５記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。
【請求項１８１】前記第１、第２及び第３の熱処理手
段が気密的に配されていることを特徴とする請求項１８
０記載の単結晶半導体薄膜の製造装置。