JP2003197524A - 半導体膜の形成方法及び半導体膜、半導体装置、並びにディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶欠陥が少なく、かつ、大略結晶方位が揃
った大粒径の結晶粒を有する結晶性半導体膜を形成す
る。 【解決手段】 ガラス基板４０上に形成された非晶質シ
リコン膜４１に、この非晶質シリコン膜４１を溶融する
エネルギーを与え、溶融後の結晶化により結晶成長させ
て結晶性シリコン膜４１とする半導体膜の形成方法であ
って、ガラス基板４０上に、膜中の水素濃度が１０〜２
０ａｔ％である非晶質シリコン膜４１を形成する工程
と、非晶質シリコン膜４１の結晶化を助長する触媒物質
を導入する工程と、触媒物質が導入された非晶質シリコ
ン膜４１にエネルギーを与える工程と、を包含する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体膜の形成方
法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置並び
にディスプレイ装置に関し、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、結晶欠陥の少な
い、大略結晶方位の揃った結晶性半導体膜を得ることが
できる半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて形
成された半導体膜、さらには、その半導体膜を用いた液
晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半
導体装置、並びに、これらの半導体装置を用いたディス
プレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、基板に形成された非単結晶絶
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、この半導体膜にエネルギーを
加えることにより、この半導体膜を結晶化させる方法が
知られている。この方法により結晶方位が揃った結晶性
の半導体膜を形成する場合、非晶質等の半導体膜中に不
規則な結晶核が発生することを抑制し、結晶方位が制御
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。

【０００３】特開昭５８−８５５１９号公報（以下、従
来例１とする）には、図１４に示すように、長方形状の
絶縁性基板１上に、所定の形状にＳｉ膜２をパターニン
グして熱エネルギーを付与する方法が開示されている。
この従来例１では、絶縁性基板１における一方の側縁部
を除く全面にわたってＳｉ膜２が設けられている。Ｓｉ
膜２は、絶縁性基板１の側縁部以外に設けられた主領域
２ａと、絶縁性基板１の側縁部の中央部に設けられた挟
小領域２ｂとを有しており、主領域２ａは、狭小領域２
ｂに連続する側縁部の幅寸法が狭小領域２ｂに接近する
につれて小さくなっている。この従来例１の方法では、
Ｓｉ膜２の狭小領域２ｂに形成された結晶核が種結晶と
なって、この種結晶から主領域２ａに結晶領域が広が
り、Ｓｉ膜２の全体が単結晶化される。この場合、挟小
領域２ｂに形成される種結晶として、狭小領域２ｂに自
然発生した結晶核を用いる場合と、Ｓｉの単結晶片を狭
小領域２ｂ上に配置する場合とが提案されている。

【０００４】米国特許４，５７６，６７６号明細書（以
下、従来例２とする）には、図１５に示すように、基板
１０上に形成された多結晶シリコン膜１１の薄膜化され
た領域に、レーザー等の加熱手段を走査する方向に対し
て直交する方向の長さが小さく形成されたくびれ部１２
を形成し、この薄膜化された多結晶シリコン膜１１を一
定方向に加熱して溶融することにより、結晶化する方法
が提案されている。この従来例２では、溶融による結晶
化方向に対して後ろ側となる領域に、結晶方位を選択す
る結晶方位フィルター１３を設置すると共に、溶融結晶
化の走査方向の途中で、溶融方向に対して直交する方向
の長さ寸法が小さく形成されたくびれ部１２を通過させ
ることにより、単一の結晶粒のみが選択される。

【０００５】また、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖ
ｏｌ．４１，Ｎｏ．８，ｐｐ７４７〜７４９（以下、従
来例３とする）には、図１６に示すように、ＳｉＯ₂膜
が堆積されたＳｉ基板上に形成された薄膜状の多結晶シ
リコン膜２１に対して、レーザー光照射等による溶融固
化を実施する方向２２に対して直交する方向が、一部に
おいて狭小になる狭小領域２３をエッチングにより形成
し、この薄膜化された多結晶Ｓｉ膜２１を一定方向に加
熱して溶融することにより、結晶化する方法が提案され
ている。図１６において、２４は、エッチングにより多
結晶シリコン膜が除去された領域を示している。この従
来例３の方法においても、溶融後に結晶化させる工程の
途中で、狭小領域２３を通過させることにより、挟小領
域２３にて結晶方位が選択される。

【０００６】また、特開平７−２３１１００号公報に
は、図１７に示すように、ガラス基板３１上に形成され
た非晶質シリコン膜３２の表面上に、ニッケルを含むニ
ッケル層を形成し、ニッケルによる結晶化促進作用を利
用して結晶化を進行させる結晶化方法が提案されている
（以下、従来例４とする）。この従来例４の方法では、
非晶質シリコン膜３２の表面には、濡れ性を改善するた
めに、厚さ１００Å程度の酸化珪素膜３３が形成され、
この酸化珪素膜３３上に、結晶化を助長する触媒物質で
あるニッケルを含有する溶液膜３４を塗布し、スピンド
ライし、非晶質シリコン膜３２の表面にニッケルを含む
ニッケル層が形成される。続いて、４５０℃〜６５０
℃、例えば、５５０℃のアニールを行うことにより非晶
質シリコン膜３２を結晶化させる。この方法では、結晶
化温度よりも高い温度、例えば、１０００℃のアニール
を行うことにより、さらに、結晶化が助長されることが
記載されており、この方法を用いることにより、大粒径
の結晶性シリコン膜が得られる。

【０００７】また、従来例４では、非晶質シリコン膜３
２の全面にわたってニッケルを導入して、結晶化を助長
させる方法であるが、上記の特開平７−２３１１００号
公報には、図１８（ａ）示すように、非晶質シリコン膜
３２上に形成される酸化珪素膜３５を触媒物質が導入さ
れないマスク層として用い、触媒物質であるニッケルが
選択的に導入される触媒物質導入領域３６を形成し、こ
の触媒物質導入領域３６から結晶化を進行させる結晶化
方法が提案されている（以下、従来例５とする）。この
従来例５の方法では、ガラス基板３１上に形成された非
晶質シリコン膜３２上に厚さ１２００Åのマスク用酸化
珪素膜３５を形成した後、必要なパターンにエッチング
する。エッチングされた非晶質シリコン膜３２の表面に
は、濡れ性を改善するために、厚さ１００Å程度の酸化
珪素膜３３が形成され、この酸化珪素膜３３上に、結晶
化を助長する触媒物質であるニッケルを含有する溶液膜
３４を塗布し、ガラス基板３１の下方に設置されたスピ
ナー３７を用いてスピンドライし、非晶質シリコン膜３
２の触媒物質導入領域３６にニッケルを含む層を形成す
る。続けて、４５０℃〜６５０℃、例えば、５５０℃の
アニールを行うことにより非晶質シリコン膜３２を結晶
化させる。このアニールを行う間、非晶質シリコン膜３
２中における結晶成長は、図１８（ｂ）に示すように、
ニッケルが導入された触媒物質導入領域３６の非晶質シ
リコン膜３２の領域３２ａからニッケルが導入されなか
った領域３２ｂに、横方向に進む。結晶成長が終了する
と、酸化珪素膜３５を除去し、結晶化温度よりも高い温
度、例えば、１０００℃のアニールを行うことにより、
さらに結晶化が助長される。この従来例５の方法によっ
ても、大粒径の結晶性シリコン膜が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
１の結晶化方法では、狭小領域２ｂに自然発生した結晶
核を用いて結晶を成長させる場合には、狭小領域２ｂに
発生した一つの結晶方位を有する結晶粒に基づいて、主
領域２ａにおける結晶成長が進行することになるが、狭
小領域２ｂにて発生する結晶核の方位は、不規則であ
り、必ずしも、結晶成長し易い方位の結晶核が発生する
とは限らない。したがって、狭小領域２ｂにて結晶成長
し難い結晶核が発生した場合には、主領域２ａにおい
て、他の方位を有する結晶核が発生して、多結晶になる
おそれがある。また、図１４に示す形状のＳｉ膜２のパ
ターンを複数形成する場合には、複数の各狭小領域２ｂ
にて発生する結晶核の結晶方位が一致せず、それぞれの
狭小領域２ｂに発生して結晶成長した主領域２ａの結晶
方位も一致しない。

【０００９】一方、Ｓｉの単結晶片を狭小領域２ｂ上に
配置して、この単結晶片に基づいて結晶を成長させる場
合には、狭小領域２ｂに種結晶とする結晶片を貼り付け
るために、貼り付ける結晶片と狭小領域２ｂにおけるＳ
ｉ膜２との貼り付け界面が原子レベルで清浄であること
が必要であり、この清浄な界面を形成し、かつ保持する
ことが非常に困難であるという問題がある。

【００１０】また、上記の従来例２及び３では、溶融化
後の結晶化を進める際に、走査方向に対して直交する方
向の寸法が小さい狭小領域１２及び２３を通過するとき
に、基板温度が過度に上昇する。このため、ガラス基板
等の安価な基板を用いることができない。

【００１１】さらに、上記の従来例１〜３では、パター
ニングしたシリコン膜のエッジ部分の側面部分、底面に
おける交差部分に連続的ではない角部が形成されている
と、その部分で不規則な結晶方位を有する結晶核が発生
し易いという問題もある。

【００１２】また、上記の従来例４では、結晶成長させ
るための結晶核が、非晶質シリコン膜３２の全面にわた
って不規則に起こるため、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または単
結晶領域を得ることは困難である。

【００１３】また、上記従来例５の方法では、ニッケル
が導入された触媒物質導入領域３６内で不規則に結晶核
が発生し、その結晶核に基づいて、ガラス基板３１の表
面に対して横方向に結晶成長を進行させるため、従来例
４の方法に比較すれば、より長い結晶粒または単結晶領
域が得られる。しかし、この場合でも、μｍオーダーの
結晶成長方向に対する幅方向の寸法を有する結晶粒が得
られるに過ぎず、さらに大きな結晶粒または単結晶領域
を得ることは困難である。

【００１４】さらに、上記従来例４及び５の方法によっ
て結晶化された半導体膜は、結晶欠陥が多く生じるとい
う問題もある。

【００１５】このような結晶方位が揃っておらず、ま
た、結晶欠陥を多数有する半導体膜を用いて液晶ドライ
バー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置
（トランジスタ）を作製した場合、キャリアの移動度が
小さい、閾値電圧が大きい等の問題が発生し、さらに、
液晶トライバー等に多数形成された各半導体装置（トラ
ンジスタ）のキャリアの移動度、閾値電圧のバラツキが
大きくなるという問題もある。

【００１６】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、結晶欠陥が少なく、かつ、大略結晶方
位が揃った大粒径の結晶粒を有する結晶性半導体膜の形
成方法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置
並びにディスプレイ装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の半導体膜の形成方法は、基板上に形成され
た半導体膜にエネルギーを加えて結晶成長させて結晶性
半導体膜とする半導体膜の形成方法であって、該基板上
に、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である半導体膜
を形成する工程と、形成された半導体膜に、該半導体膜
の結晶化を助長する触媒物質を導入する工程と、該触媒
物質が導入された半導体膜にエネルギーを与える工程
と、を包含することを特徴とするものである。

【００１８】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である半導体膜
は、成膜温度を、２５０〜３５０℃の温度範囲とするこ
とにより形成されることが好ましい。

【００１９】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記基板上に半導体膜を形成した後、該半導体膜を
所定形状にパターニングする工程をさらに包含すること
が好ましい。

【００２０】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記半導体膜は、所定方向に沿った直線状に形成さ
れており、相互に間隔をあけて設けられた第一主領域及
び第二主領域と、該第一主領域と第二主領域との間に、
両者を連結するように設けられ、幅方向の寸法が第一及
び第二主領域よりも挟小になっている連結領域とを有す
るように形成されることが好ましい。

【００２１】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記第一主領域に触媒物質が選択的に導入される触
媒物質導入領域が形成されることが好ましい。

【００２２】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記半導体膜は、連結領域と第二主領域とが、滑ら
かに連続していることが好ましい。

【００２３】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記基板上に半導体膜を形成する前に、側面と底面
とが滑らかに連続する溝部を、該半導体膜の形状に対応
するように該基板に形成する工程をさらに包含し、前記
半導体膜は、基板上の溝部に埋めるように形成されるこ
とが好ましい。

【００２４】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記溝部は、前記半導体膜の連結領域と第二主領域
とが、滑らかに連続するように形成されていることが好
ましい。

【００２５】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記半導体膜は、シリコン材料であることが好まし
い。

【００２６】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記触媒物質は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、
Ｐｄ、Ａｕ及びこれらの金属を含む化合物のうち少なく
とも１種類であることが好ましい。

【００２７】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記連結領域の幅方向の寸法は、０．２μｍ〜１０
μｍの範囲になるように形成されることが好ましい。

【００２８】上記本発明の半導体膜の形成方法におい
て、前記連結領域の長さ方向の寸法は、０．５μｍ〜１
００μｍの範囲になるように形成されることが好まし
い。

【００２９】また、本発明の半導体膜は、基板に形成さ
れた半導体膜であって、基板垂直方向の結晶方位が大略
（１１１）である結晶性半導体膜であることを特徴とす
るものである。

【００３０】また、本発明の半導体装置は、上記本発明
の半導体膜の形成方法によって形成されたものである。

【００３１】また、本発明の半導体装置は、基板に形成
された半導体膜が、基板垂直方向の結晶方位が大略（１
１１）である結晶性半導体膜を用いたことを特徴とする
ものである。

【００３２】また、本発明のディスプレイ装置は、上記
本発明の半導体装置を備えたものである。

【００３３】また、本発明のディスプレイ装置は、基板
に形成された半導体膜が、基板垂直方向の結晶方位が大
略（１１１）である結晶性半導体膜を用いたことを特徴
とするものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。

【００３５】本発明は、非晶質シリコン膜の膜中水素濃
度と結晶化後の結晶方位との間に相関関係があることに
着目してなされたものである。

【００３６】すなわち、本願発明者らは、膜中の水素濃
度がそれぞれ異なる複数種の非晶質シリコン膜を試料と
して形成し、それぞれの試料について、エネルギーを印
加して結晶化し、得られる結晶性シリコン膜に含まれる
結晶方位の種類及び含まれるそれぞれの結晶方位の占有
面積率を調べた。本願発明者らは、その実験結果に基づ
いて、基板の垂直方向の結晶方位が、大略揃った結晶性
シリコン膜を得る結晶性シリコン膜の形成方法を実現す
ることができた。

【００３７】まず、非晶質シリコン膜の膜中水素濃度と
結晶化後の結晶方位との間の相関関係について調べた実
験結果について、詳細に説明する。

【００３８】図１０は、各試料として作製される非晶質
シリコン膜４１を説明しており、図１０（ａ）は、その
断面図、図１０（ｂ）は、その平面図をそれぞれ示して
いる。

【００３９】試料１として、膜中に含まれる水素濃度が
高い非晶質シリコン膜を形成した。この試料１を作製す
るためには、始めに、ガラス基板４０上に、成膜温度２
５０℃で、ＳｉＨ₄ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に
よって、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚で形成
した。このように形成した非晶質シリコン膜４１の膜中
水素濃度をＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒｎｓｆｏｒ
ｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）測
定した結果、１９％であった。

【００４０】次いで、上記のように形成した非晶質シリ
コン膜４１上に、ＳｉＯ₂膜４２を１００ｎｍの膜厚に
形成した後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔ
ｃｈｉｎｇ）法を用いて、ＳｉＯ₂膜４２の一部をエッ
チングにより除去し、触媒物質導入領域４３を形成す
る。この触媒物質導入領域４３は、図１０（ｂ）に示す
ように、１０μｍの幅方向寸法を有する線状とした。

【００４１】次に、スパッタリング法を用いて、触媒物
質導入領域４３にニッケル薄膜を形成する。このニッケ
ル薄膜のニッケル表面原子濃度は、１×１０¹³〜５×１
０¹³個／ｃｍ²とした。

【００４２】次に、電気炉を用いて５５０℃の加熱処理
を４時間にわたって行った。この加熱処理により、触媒
物質導入領域４３に導入されたニッケルが、非晶質シリ
コン膜４１中のシリコンと結合してニッケルシリサイド
を形成し、このニッケルシリサイドが結晶核として、非
晶質シリコン膜４１の結晶化が促進される。ニッケルシ
リサイドは、非晶質シリコンを結晶化しながら、横方向
に移動し、移動方向の後ろ側には、結晶性シリコン膜が
形成される。

【００４３】次に、膜中に含まれる水素濃度が、上記試
料１よりも低減された非晶質シリコン膜を試料２として
形成した。

【００４４】この試料２は、ガラス基板４０上に、成膜
温度３５０℃で、ＳｉＨ₄ガスを用いたプラズマＣＶＤ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法によって、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜
厚に形成した。他の工程は、上記試料１と同様の手順で
作製した。

【００４５】次に、膜中に含まれる水素濃度が、上記試
料２よりもさらに低減された非晶質シリコン膜を試料３
として形成した。

【００４６】この試料３は、ガラス基板４０上に、成膜
温度４５０℃で、ＳｉＨ₄ガスを用いたプラズマＣＶＤ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法によって、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜
厚に形成した。他の工程は、上記試料１と同様の手順で
作製した。

【００４７】次に、上記のように作製された各試料１〜
３の結晶性シリコン膜の結晶方位を、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃ
ｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ）法を用いて測定した。この
ＥＢＳＰ法は、電子線を試料に照射し、試料によって散
乱された電子線によって現れる菊地図によって結晶方位
を判定する結晶方位の測定法である。

【００４８】このＥＢＳＰ法を用いて測定された各試料
１〜３の結晶方位面分布について、下記の表１に示す。
この表においては、ガラス基板４０の垂直方向の（１１
１）、（１１０）各方位近傍の占有面積比率をそれぞれ
表示している。また、図１１には、この表１に示される
結晶方位分布を、グラフによって示している。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１及び図１１のグラフをそれぞれ参照す
ると、試料１における優先配向結晶方位は（１１１）で
あり、その占有面積は、６８％である。

【００５１】膜中水素濃度が試料１より低減された試料
２では、優先配向結晶方位は、試料１と同じく（１１
１）であるが、その占有面積は５４％であり、試料１の
占有面積よりも低下している。

【００５２】膜中水素濃度が試料２よりも低減された試
料３では、優先配向結晶方位は、（１１１）ではなく、
（１１０）となっており、その占有面積は４７％となっ
ている。

【００５３】図１１を参照して明らかなように、膜中水
素濃度が低減すると共に、（１１１）の結晶方位が、低
減され、（１１０）の結晶方位が増加している。その原
因としては、以下のように考えられる。

【００５４】触媒物質導入領域４３に導入されたニッケ
ルが、非晶質シリコン膜４１中のシリコンと結合して形
成されるニッケルシリサイドは、非晶質シリコン膜４１
を結晶化させながら横方向に移動し、移動方向の後ろ側
には、結晶性のシリコン膜が形成される。このようにし
て形成される結晶性シリコン膜４１の基板垂直方向の結
晶方位は、（１１０）になることが、Ｈａｙｚｅｌｄｅ
ｎ等によってＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．７３，
Ｎｏ．１２，１９９３に報告されている。

【００５５】一方、ガラス基板４０上に、成膜温度３５
０℃で、ＳｉＨ₄ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を行う
ことによって膜厚５０ｎｍに形成された非晶質シリコン
膜４１を、５７０℃の温度で、２０時間にわたって加熱
処理すると、非晶質シリコン膜４１中に自然核が発生
し、この自然核に基づいて結晶化が進行する。このよう
に結晶化された試料について、Ｘ線解析測定法により結
晶方位を測定したところ、（１１１）の結晶方位に基づ
く回折ピークのみが観察された。この結果は、自然核及
びこの自然核に基づいて成長された結晶は、（１１１）
面の結晶方位に優先的に配向することを示す。

【００５６】上記の試料１及び２では、非晶質シリコン
膜４１中に含まれる水素濃度が高いので、加熱処理によ
り水素が抜けた後のダングリングボンドの歪みにより、
自然核が発生し易くなっており、この自然核によって、
形成される結晶性シリコンの結晶方位が、（１１１）に
優先的に配向していると考えられる。この場合、試料１
及び２におけるニッケルシリサイドは、結晶化速度を早
めるのみの作用を有していると考えられる。

【００５７】これに対して、試料３では、非晶質シリコ
ン膜４１中に含まれる水素濃度が低くなっているために
自然核の発生が少なく、ニッケルシリサイドを結晶核と
する結晶化が支配的になっていると考えられる。その結
果、ニッケルシリサイドの影響によって、形成される結
晶性シリコンの結晶方位が、（１１０）に優先的に配向
していると考えられる。

【００５８】上記に説明したように、試料１では、形成
される結晶性シリコン膜は、（１１１）面の占有面積が
高く、基板垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）に揃
えることができる。

【００５９】ただし、このように、膜中に含まれる水素
濃度が高くなるようにして、基板垂直方向の結晶方位を
大略（１１１）面に揃えても、基板の横方向（図１０の
Ｘ及びＹ方向）の結晶方位は揃わない。

【００６０】このため、基板の垂直方向の結晶方位を揃
えると共に、基板の横方向にも結晶方位を揃える場合に
は、図１０（ｃ）のように、結晶の成長方向に対して、
直交する方向の寸法が狭小になるようにくびれた連結部
を有するように、非晶質シリコン膜をパターニングす
る。このようにすれば、結晶成長するそれぞれの結晶方
位を有する複数の結晶粒のうち、連結部にて、単一の結
晶粒が選択され、結晶成長方向に対して連結部の前方部
では、選択された単一の結晶粒によって結晶成長された
結晶粒界のない単結晶領域を形成することができる。

【００６１】この場合、結晶成長は、触媒物質によって
促進されるため、連結部に過度の温度上昇を生じさせる
程の高温熱処理を実施する必要がないので、耐熱性に優
れていないガラス基板を用いても、結晶化を行うことが
できる。

【００６２】このようにして、基板垂直方向の結晶方位
が、大略（１１１）に揃っていると共に、基板の横方向
の結晶方位も、大略揃った結晶性のシリコン膜を形成す
ることができる。

【００６３】以下、本発明の結晶性半導体膜の形成方法
の具体的な形態について、図面に基づいて説明する。

【００６４】（実施の形態１）図１（ａ）及び（ｂ）
は、それぞれ、本実施の形態１の結晶性半導体膜の形成
方法を工程毎に説明する斜視図である。

【００６５】まず、プラズマＣＶＤ法によって、ガラス
基板４０上の全面にわたって、非晶質シリコン膜４１を
５０ｎｍの膜厚に均一に形成する。成膜に用いる材料ガ
スとして、ＳｉＨ₄を用い、基板温度は３００℃とす
る。

【００６６】次に、ガラス基板４０上に形成された非晶
質シリコン膜４１に対して、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスとを用
いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によって、エ
ッチングし、図１（ａ）に示すように、ガラス基板４０
の長手方向に対して直交する幅方向の寸法が一定になっ
ている第一主領域４１ａ及び第二主領域４１ｃの間に、
幅方向寸法が狭小になっている連結領域４１ｂを有する
ようにパターニングする。連結領域４１ｂは、幅方向の
寸法が５μｍ、長手方向に沿った長手方向寸法が２０μ
ｍとした。

【００６７】次に、ＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスとを用いた常
圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１を成膜した
ガラス基板４０の全面にわたって、ＳｉＯ₂膜４２を１
００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によっ
て、ＳｉＯ₂膜４２において、非晶質シリコン膜４１の
第一主領域４１ａ上に該当する位置を、図１（ｂ）に示
すように、矩形状にエッチングして除去し、触媒物質が
導入される触媒物質導入領域４３とする。

【００６８】次に、スパッタリング法を用いて、全面に
わたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態１
では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０¹³〜５×１
０¹³個／ｃｍ²とした。

【００６９】次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。
この熱処理の条件は、例えば、５５０℃、４時間とす
る。この熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に
結晶核が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行
する。

【００７０】本実施の形態１では、ガラス基板４０上に
形成された非晶質シリコン膜４１が、３００℃の温度条
件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が高くなってい
るため、基板の垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）
に揃っている。

【００７１】また、この触媒物質導入領域４３に発生し
た多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行する際に、
連結領域４１ｂにて、単一の結晶粒が選択される。

【００７２】したがって、第一主領域４１ａの触媒物質
導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを
経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二
主領域４１ｃでは、ガラス基板４０の垂直方向の結晶方
位が、大略（１１１）に揃っており、且つ、ガラス基板
４０の横方向の結晶方位も大略揃った結晶性のシリコン
膜に結晶化される。

【００７３】次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉ
Ｏ₂膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射
による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン
膜４１をさらに完全に結晶化する。このレーザ照射に用
いられるレーザのエネルギーは、３５０〜４００ｍＪ／
ｃｍ²の範囲に設定される。

【００７４】このようにして形成された結晶性シリコン
膜４１の結晶方位をＥＢＳＰ法により測定すると、第二
主領域４１ｃにおける結晶性シリコン膜の基板垂直方向
の結晶方位は、大略（１１１）に揃っていた。

【００７５】連結領域４１ｂを設置することによるガラ
ス基板４０の横方向の結晶方位の選択性を向上するため
には、第一主領域４１ａにおいて、触媒物質導入領域４
３の端部から連結領域４１ｂまでに、所定の間隔が形成
される。図２は、この間隔ａを説明するための平面図で
ある。間隔ａは、０．５〜５０μｍに設定される。間隔
ａが、０．５μｍより小さい場合には、連結領域４１ｂ
による結晶方位の選択性が低くなる。

【００７６】（実施の形態２）図３（ａ）及び（ｂ）
は、それぞれ、本実施の形態２の結晶性半導体膜の形成
方法を説明する斜視図である。

【００７７】本実施の形態２は、前述の実施の形態１の
結晶性半導体膜の形成方法と概略同様の工程にて行われ
るが、連結領域４１ｂから第二主領域４１ｃにかけて、
エッジ形状が生じないように滑らかに連続するように、
非晶質シリコン膜４１をパターニングしている点が、実
施の形態１と異なっている。

【００７８】以下、具体的に説明する。

【００７９】まず、実施の形態１と同様にして、ガラス
基板４０上に非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に
均一に形成する。

【００８０】次に、ガラス基板４０上に形成された非晶
質シリコン膜４１に対して、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスとを用
いたＲＩＥ法によって、エッチングし、図３（ａ）に示
すように、ガラス基板４０の長手方向に対して直交する
幅方向の寸法が一定になっている第一主領域４１ａ及び
第二主領域４１ｃの間に、幅方向寸法が狭小になってい
る連結領域４１ｂを有するようにパターニングする。連
結領域４１ｂは、幅方向の寸法が５μｍ、長手方向に沿
った長手方向寸法が２０μｍとした。本実施の形態２で
は、さらに、連結領域４１ｂから第二主領域４１ｃにか
けて、連結領域４１ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状を
形成しながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、連
結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間でエッジ形状が
生じないように非晶質シリコン膜４１をパターニングし
ている。

【００８１】図４には、このようにパターニングされた
非晶質シリコン膜４１の平面図を示している。このよう
な連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間に形成され
る滑らかな湾曲形状は、例えば、略円周の１／４の湾曲
部を２つ連続してつなぎ合わせることにより形成され
る。

【００８２】次に、ＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスとを用いた常
圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１を成膜した
ガラス基板の全面にわたって、ＳｉＯ₂膜４２を１００
ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によって、非
晶質シリコン膜４１の第一主領域４１ａ上に該当する位
置のＳｉＯ₂膜４２を、図３（ｂ）に示すように、矩形
状にエッチングして、触媒物質が導入される触媒物質導
入領域４３とする。

【００８３】次に、スパッタリング法を用いて、全面に
わたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態２
では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０¹³〜５×１
０¹³個／ｃｍ²とした。

【００８４】次に、電気炉を使用して熱処理を実施す
る。この熱処理の条件は、５５０℃、４時間とする。こ
の熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に結晶核
が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行する。

【００８５】本実施の形態２では、ガラス基板４０上に
形成された非晶質シリコン膜４１が、３００℃の温度条
件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が高くなってい
るため、基板の垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）
に揃っている。

【００８６】また、この触媒物質導入領域４３に発生し
た多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行するに際し
て、連結領域４１ｂにて単一の結晶粒が選択される。

【００８７】したがって、第一主領域４１ａの触媒物質
導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを
経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二
主領域４１ｃでは、基板の垂直方向の結晶方位が、大略
（１１１）に揃っており、且つ、基板の横方向の結晶方
位も大略揃った結晶性のシリコン膜に結晶化される。

【００８８】さらに、本実施の形態２では、連結領域４
１ｂから第二主領域４１ｃにかけて、連結領域４１ｂの
幅寸法が、滑らかな湾曲形状を形成しながら徐々に幅方
向寸法が大きくなっていき、連結領域４１ｂと第二主領
域４１ｃとの間でエッジ形状が生じないように滑らかに
連続しているので、エッジ形状が形成された部分で不規
則な結晶核が発生することを抑制することができる。

【００８９】図５には、本実施の形態２とは異なり、連
結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとが、滑らかに連続せ
ず、エッジ形状を有するように非晶質シリコン膜４１が
パターニングされた場合を示す平面図である。このよう
に、連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間で、エッ
ジ形状が生じている場合には、連結領域４１ｂにて、単
一の結晶方位を有する結晶粒１０１が選択されても、エ
ッジ部で発生した不規則な核、具体的には、（１１２）
面、（１１４）面、（１２３）面、（３３４）面、（３
４５）面等の非（１１１）面方位を持った結晶核が発生
して、第二主領域４１ｃにおいて、非（１１１）面方位
を有する結晶粒１０２と、連結領域４１ｂにて選択され
た（１１１）面方位を有する結晶粒１０１とが結晶成長
して、各結晶粒間に、結晶粒界１０３が発生する。この
ため、図５に示すように、非晶質シリコン膜４１をパタ
ーニングすると、結晶方位が大略揃った結晶性のシリコ
ン膜を得ることができなくなる。

【００９０】次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉ
Ｏ₂膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射
による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン
膜をさらに完全に結晶化する。 （実施の形態３）図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本
実施の形態３の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜
視図である。

【００９１】本実施の形態３は、前述の実施の形態１の
結晶性半導体膜の形成方法と概略同様の工程によって行
われるが、結晶化される非晶質シリコン膜が、基板上に
形成された溝部に埋め込まれた状態に形成され、非晶質
シリコン膜の第一及び第二主領域及び連結領域のそれぞ
れの側面部と底面部とが滑らかに連続する形状を有して
いる点が、実施の形態１と異なっている。

【００９２】以下、具体的に説明する。

【００９３】まず、ＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥ法と緩衝
フッ酸による湿式エッチングとを組み合わせて行うこと
により、ガラス基板４０の表面上に、溝部４４を形成す
る。この溝部４４は、図６（ａ）に示すように、ガラス
基板４０の長手方向に対して直交する幅方向の寸法が一
定になっている第一主領域４４ａ及び第二主領域４４ｃ
の間に、幅方向寸法が狭小になっている連結領域４４ｂ
を有するようにパターニングされて形成される。

【００９４】図７には、溝部４４が形成されたガラス基
板４０の長手方向に直交する方向の断面図を示してい
る。このように形成された溝部４４は、側面部と底面部
をが滑らかに連続する湾曲形状に形成される。この溝部
４４の湾曲形状は、例えば、溝部４４の側面部を略円周
の１／４となるように形成される。

【００９５】次に、実施の形態１と同様にして、非晶質
シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に均一に形成する。

【００９６】次に、ガラス基板４０上に形成された非晶
質シリコン膜４１に対して、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスとを用
いたＲＩＥ法によってエッチングし、図６（ｂ）に示す
ように、溝部４４に埋め込まれた状態になっている非晶
質シリコン膜４１以外の部分の非晶質シリコン膜を除去
する。

【００９７】次に、ＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスとを用いた常
圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１が、ガラス
基板４０の表面上に形成された溝部４４に埋め込まれて
いるガラス基板４０の全面にわたって、ＳｉＯ₂膜４２
を１００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によ
って、非晶質シリコン膜４１の第一主領域４１ａに該当
する位置のＳｉＯ₂膜４２を、図６（ｃ）に示すよう
に、矩形状にエッチングして除去し、触媒物質が導入さ
れる触媒物質導入領域４３とする。

【００９８】次に、スパッタリング法を用いて、全面に
わたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態３
では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０¹³〜５×１
０¹³個／ｃｍ²とした。

【００９９】次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。
この熱処理の条件は、例えば、５５０℃、４時間とす
る。この熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に
結晶核が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行
する。

【０１００】本実施の形態３では、ガラス基板４０上の
溝部４４に埋め込まれた非晶質シリコン膜４１が、３０
０℃の温度条件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が
高くなっているため、基板の垂直方向の結晶方位は、大
略（１１１）に揃っている。

【０１０１】また、この触媒物質導入領域４３に発生し
た多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行する際に、
連結領域４１ｂにて、単一の結晶粒が選択される。

【０１０２】したがって、第一主領域４１ａの触媒物質
導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを
経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二
主領域４１ｃでは、ガラス基板４０の垂直方向の結晶方
位が、大略（１１１）に揃っており、且つ、ガラス基板
４０の横方向の結晶方位も大略揃った結晶性のシリコン
膜に結晶化される。

【０１０３】さらに、本実施の形態３では、非晶質シリ
コン膜４１が、ガラス基板４０上に形成された溝部４４
に埋め込まれるように形成されており、第一主領域４１
ａ及び連結領域４１ｂ及び第二主領域４１ｃの各領域に
わたって、その側面部と底面部とが滑らかに連続する湾
曲形状に形成されているので、非晶質シリコン膜４１の
側面及び底面との連続部でエッジ形状が形成されない。
したがって、エッジ形状が形成された部分で不規則な結
晶核、具体的には、（１１２）面、（１１４）面、（１
２３）面、（３３４）面、（３４５）面等各種面方位を
持った結晶核が発生することを抑制することができる。

【０１０４】次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉ
Ｏ₂膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射
による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン
膜をさらに完全に結晶化する。 （実施の形態４）図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本
実施の形態４の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜
視図である。

【０１０５】本実施の形態４は、前述の実施の形態１の
結晶性半導体膜の形成方法と概略同様の工程によって行
われるが、結晶化される非晶質シリコン膜が、基板上に
形成された溝部に埋め込まれた状態に形成され、非晶質
シリコン膜の第一及び第二主領域及び連結領域のそれぞ
れの側面部と底面部とが滑らかに連続する形状を有して
いる。また、連結領域から第二主領域にかけて、エッジ
形状が生じないように滑らかに連続するように、溝部が
形成されている。すなわち、本実施の形態４は、前述の
実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせた非晶質シ
リコン膜の形状を有するようにしたものである。

【０１０６】以下、具体的に説明する。

【０１０７】まず、ＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥ法と緩衝
フッ酸による湿式エッチングを組み合わせて行うことに
より、ガラス基板４０の表面上に、溝部４４を形成す
る。この溝部４４は、図８（ａ）に示すように、ガラス
基板４０の長手方向に対して直交する幅方向の寸法が一
定になっている第一主領域４４ａ及び第二主領域４４ｃ
の間に、幅方向寸法が狭小になっている連結領域４４ｂ
を有するようにパターニングされて形成されている。連
結領域４４ｂは、幅方向の寸法が５μｍ、長手方向に沿
った長手方向寸法が２０μｍとした。このように形成さ
れた溝部４４は、側面部と底面部とが滑らかに連続する
湾曲形状に形成され、側面部と底面部との境界部分でエ
ッジ形状が生じない形状になっている。本実施の形態４
では、さらに、連結領域４４ｂから第二主領域４４ｃに
かけて、連結領域４４ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状
を形成しながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、
連結領域４４ｂと第二主領域４４ｃとの間でエッジ形状
が生じないように滑らかに連続するようにパターニング
されている。

【０１０８】次に、実施の形態１と同様にして、非晶質
シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に均一に形成する。

【０１０９】次に、ガラス基板４０に形成された非晶質
シリコン膜４１に対して、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスとを用い
たＲＩＥ法によってエッチングし、図８（ｂ）に示すよ
うに、溝部４４に埋め込まれた状態になっている非晶質
シリコン膜４１以外の部分の非晶質シリコン膜を除去す
る。

【０１１０】次に、ＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスとを用いた常
圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１が、ガラス
基板４０の表面上に形成された溝部４４に埋め込まれて
いるガラス基板４０の全面にわたって、ＳｉＯ₂膜４２
を１００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によ
って、非晶質シリコン膜４１の第一主領域４１ａに該当
する位置のＳｉＯ₂膜４２を、図８（ｃ）に示すよう
に、矩形状にエッチングして除去し、触媒物質が導入さ
れる触媒物質導入領域４３とする。

【０１１１】次に、スパッタリング法を用いて、全面に
わたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態４
では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０¹³〜５×１
０¹³個／ｃｍ²とした。

【０１１２】次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。
この熱処理の条件は、例えば５５０℃、４時間とする。
この熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に結晶
核が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行す
る。

【０１１３】本実施の形態４では、ガラス基板４０上の
溝部４４に埋め込まれた非晶質シリコン膜４１が、３０
０℃の温度条件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が
高くなっているため、ガラス基板４０の垂直方向の結晶
方位は、大略（１１１）に揃っている。

【０１１４】また、この触媒物質導入領域４３に発生し
た多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行する際に、
連結領域４１ｂにて、単一の結晶粒が選択される。

【０１１５】したがって、第一主領域４１ａの触媒物質
導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを
経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二
主領域４１ｃでは、ガラス基板４０の垂直方向の結晶方
位が、大略（１１１）に揃っており、且つ、ガラス基板
４０の横方向の結晶方位も大略揃った結晶性のシリコン
膜に結晶化される。

【０１１６】さらに、本実施の形態４では、非晶質シリ
コン膜４１が、ガラス基板４０上に形成された溝部４４
に埋め込まれるように形成されており、第一主領域４１
ａ及び連結領域４１ｂ及び第二主領域４１ｃの各領域に
わたって、その側面部と底面部とが滑らかに連続する湾
曲形状に形成されているので、非晶質シリコン膜４１の
側面及び底面との連続部でエッジ形状が形成されない。
また、連結領域４１ｂから第二主領域４１ｃにかけて、
連結領域４１ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状を形成し
ながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、連結領域
４１ｂと第二主領域４１ｃとの間でエッジ形状が生じな
いように、滑らかに連続している。

【０１１７】したがって、本実施の形態４では、エッジ
形状が形成された部分で不規則な結晶核、具体的には、
（１１２）面、（１１４）面、（１２３）面、（３３
４）面、（３４５）面等の各種面方位を持った結晶核が
発生することを抑制することができる。

【０１１８】次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉ
Ｏ₂膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射
による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン
膜をさらに完全に結晶化する。

【０１１９】また、本実施の形態４では、ガラス基板４
０の表面上に形成された溝部４４が、連結領域４４ｂか
ら第二主領域４４ｃにかけて、連結領域４４ｂの幅寸法
が、滑らかな湾曲形状を形成しながら徐々に幅方向寸法
が大きくなっていき、連結領域４４ｂと第二主領域４４
ｃとの間でエッジ形状が生じないように滑らかに連続す
るように形成されているが、このような滑らかな湾曲形
状は、図９に示すように、第一主流域４４ａから連結領
域４４ｂにかけた部分にも形成してもよい。このように
すれば、さらに、エッジ形状が低減されて、不規則な結
晶核の発生を抑制することができる。 （実施の形態５）図１２は、本実施の形態５の半導体装
置の製造方法を示す断面図である。

【０１２０】本実施の形態５では、上述した実施の形態
１〜４のいずれかにおいて説明した結晶性半導体膜によ
って薄膜トランジスタ等の半導体装置を製造する方法に
ついて説明する。本実施の形態５の製造方法により製造
された半導体装置は、液晶ドライバー、半導体メモリ
ー、半導体論理回路等に用いることが可能である。

【０１２１】以下、具体的に図１２を参照しながら説明
する。

【０１２２】まず、ガラス基板５１上に、上述した実施
の形態１〜４のいずれかに記載の結晶性半導体膜の形成
方法により、結晶性のシリコン膜を５０ｎｍの膜厚に形
成し、続けて、この結晶性シリコン膜をＣＦ₄ガスとＯ₂
ガスとを用いたＲＩＥ法によって、所定形状にパターニ
ングし、島状の結晶性シリコン膜５２を形成する。その
後、この結晶性シリコン膜５２が形成された基板面の全
体にわたって、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガス
とＯ₃ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、ゲー
トＳｉＯ₂膜５３を形成する。

【０１２３】次に、スパッタリング法によって、ゲート
ＳｉＯ₂膜５３が形成されたガラス基板５１の全面にわ
たって、ＷＳｉ₂層を成膜した後、ＣＦ₄ガスとＯ₂ガス
とを用いたＲＩＥ法によって、結晶性シリコン膜５２上
の略中央部分にのみＷＳｉ₂層が残るようなパターニン
グとなるようなエッチングを行い、ＷＳｉ₂多結晶ゲー
ト電極５４を形成する。

【０１２４】次に、薄膜トランジスタのソース・ドレイ
ン領域を形成するために結晶性シリコン膜５２上に不純
物を導入する。本実施の形態５の場合、上記のＷＳｉ₂
多結晶ゲート電極５４が不純物を導入する際のマスクと
なっており、ＷＳｉ₂多結晶ゲート電極５４が設けられ
た部分以外の結晶性シリコン膜５２に不純物が導入され
る。ｎ型のトランジスタを形成する場合には、導入され
る不純物は、リン（Ｐ）であり、ｐ型のトランジスタを
形成する場合には、導入される不純物はホウ素（Ｂ）と
なる。

【０１２５】次に、ＴＥＯＳガスとＯ₃ガスとを用いた
プラズマＣＶＤ法によって、ガラス基板５１の全面にわ
たって、ＳｉＯ₂膜５５を形成した後、ＣＦ₄ガスとＣＨ
Ｆ₃ガスとを用いたＲＩＥ法によって、ソース・ドレイ
ン領域とされる結晶性シリコン膜５２上にコンタクトホ
ール５６を形成する。

【０１２６】次に、スパッタリング法を用いて基板面の
全面にＡｌを積層した後、ＢＣｌ₃ガスとＣｌ₂ガスとを
用いたＲＩＥ法によって、ＳｉＯ₂膜５５に形成された
コンタクトホール５６を介して結晶性のシリコン膜５２
に導通するＡｌ配線５７とする。

【０１２７】次に、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスまたはＮ₂
ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、基板面の全
体にわたって、ＳｉＮ保護膜５８を形成し、最後にＳｉ
Ｎ保護膜５８の一部をＣＦ₄ガスとＣＨＦ₃ガスとを用い
たエッチングによって、Ａｌ配線５７の一方側の部分に
導通可能なようにスルーホール５９を形成して、半導体
トランジスタ、抵抗、キャパシタ等の半導体装置が完成
される。 （実施の形態６）図１３は、本実施の形態６の半導体装
置を用いたディスプレイ装置の製造方法を示す断面図で
ある。

【０１２８】本実施の形態６では、上記の実施の形態５
と同様の方法で作製した半導体装置を用いて液晶ディス
プレイ装置等のディスプレイ装置を製造する方法を説明
する。

【０１２９】以下、本実施の形態６について、図１３
（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。

【０１３０】まず、上記の実施の形態５の製造方法によ
りガラス基板等の絶縁基板５１上に半導体装置を製造す
る。なお、この絶縁基板５１上に形成される半導体装置
の各構成については、実施の形態５と同一の符号を付
し、詳しい説明は省略する。

【０１３１】次に、ＳｉＮ保護膜５８が形成された基板
面の全体にわたってＩＴＯ膜を形成し、続けてＨＣｌと
ＦｅＣｌ₃ガスとを用いてエッチングを行いパターニン
グして、ＳｉＮ保護膜５８に形成されたスルーホール５
９を介して半導体装置のＡｌ配線５７に導通する画素電
極６０を形成する。

【０１３２】次に、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスまたはＮ₂
ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、基板面の全
面にわたってＳｉＮ膜６１を形成する。さらに、このＳ
ｉＮ膜６１上に、配向膜となるポリイミド膜６２をオフ
セット印刷法を用いて形成し、ラビング処理を行う。

【０１３３】一方、図１３（ｂ）に示すように、別のガ
ラス基板７１上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各
感光性樹脂膜を付したフィルムを熱圧着により転写を行
った後、フォトリソグラフィ工程によるパターニングを
行い、さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各感光性樹脂が転写された
部分間に、遮光性を有するブラックマトリクス部を形成
して、カラーフィルター７２を作製する。

【０１３４】このカラーフィルター７２上には、スパッ
タリング法によってＩＴＯ膜を基板の全面にわたって形
成し、対向電極７３とする。さらに、この対向電極７３
上に、配向膜であるポリイミド膜７４をオフセット印刷
法によって形成して、ラビング処理を行う。

【０１３５】以上のように形成された図１３（ｂ）に示
すカラーフィルター７２等が形成されたガラス基板７１
と、図１３（ａ）に示す薄膜トランジスタ等の半導体装
置が形成されたガラス基板５１とを、ラビング処理を施
した面が互いに対向するように配置して、シール樹脂に
よって貼り合せる。この際、２枚のガラス基板間のスペ
ースが一定になるように、ガラス基板５１及び７１間に
真球状のシリカを散布する。そして、両基板間に表示媒
体となる液晶を注入した後、両ガラス基板５１及び７１
の両外側にそれぞれ偏光板等を貼り付け、さらに、その
周辺にドライバーＩＣ等を実装して液晶ディスプレイが
完成される。

【０１３６】次に、本発明の適用範囲について説明す
る。

【０１３７】図９には、ガラス基板４０に形成される溝
部４４の形状が示されていると共に、非晶質シリコン膜
４１の連結領域４１ｂの長さ方向の寸法Ｌ及び幅方向の
寸法Ｗが示されている。

【０１３８】上記の実施の形態１〜４の半導体膜の形成
方法において、非晶質シリコン膜４１の連結領域４１ｂ
の寸法は、連結領域４１ｂの上面の幅Ｗは、０．２μｍ
〜１０μｍの範囲に形成すれば、結晶粒を選択する効果
が確実になる。また、連結領域４１ｂの上面の長さＬ
は、０．５μｍ〜１００μｍの範囲に形成すれば、結晶
粒を選択する効果が確実になる。

【０１３９】連結領域４１の上面の幅方向の寸法Ｗが
０．２μｍより小さい場合、または、連結領域４１の上
面の長さＬが１００μｍより大きい場合には、触媒物質
導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを
通過して、連結領域４１ｂに対して結晶成長の前方側の
第二主領域４１ｃまで結晶方位を引き継いで成長しなく
なる。逆に、連結領域４１ｂの上面の幅方向の寸法が１
０μｍより大きい場合、または、連結領域４１ｂの上面
の長さが０．５μｍより小さい場合には、触媒物質導入
領域４３にて発生した複数の結晶粒が、連結領域４１ｂ
にて単一の結晶粒に選択されず、複数の結晶粒が連結領
域４１ｂを通過して、連結領域４１ｂに対して結晶成長
の前方側にある第二主領域４１ｃに複数の結晶粒が成長
し、結晶方位が揃った大きな結晶粒からなる結晶性半導
体膜を形成することができなくなる。

【０１４０】上記の実施の形態１〜４の半導体膜の形成
方法では、３００℃の成膜温度として、プラズマＣＶＤ
法により、非晶質シリコン膜４１を成膜し、膜中の水素
濃度を１０〜２０ａｔ％としたが、この非晶質シリコン
膜４１は、イオン注入法により形成してもよい。また、
膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％とするために、成膜
温度は、２５０〜３５０℃の範囲に設定することが好適
である。

【０１４１】また、上記の実施の形態１〜４の結晶性半
導体膜の形成方法では、製造される半導体膜の具体例と
して、シリコン膜を形成する方法を示しているが、本発
明の結晶性半導体膜の形成方法は、シリコン膜に限られ
ず、ＳｉＧｅ膜等を成膜する場合にも適用することがで
きる。

【０１４２】また、上記実施の形態１〜４では、半導体
膜を形成する基板として、ガラス基板を用いているが、
石英基板、ＳｉウエハにＳｉＯ₂膜、ＳｉＮ膜を形成し
たものを用いてもよい。

【０１４３】また、上記実施の形態１〜４では、触媒物
質導入領域４３に導入されるニッケルの表面濃度は、１
×１０¹³〜５×１０¹³個／ｃｍ²としたが、この濃度
は、１×１０¹¹〜１×１０¹⁶個／ｃｍ²の範囲であれば
よい。また、ニッケルは、スパッタリング法を用いた蒸
着により触媒物質導入領域４３に導入されているが、真
空蒸着法等の他の蒸着法によって導入してもよく、ま
た、蒸着法以外に、ニッケルを含む溶液を塗布する方
法、イオン注入法、ＣＶＤ法等の他の方法を用いてもよ
い。

【０１４４】また、上記実施の形態１〜４では、結晶化
を促進する触媒物質として、ニッケルを用いたが、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕ等の金属、または、
これらの金属を含む化合物、さらには、これらの金属及
び金属を含む化合物を組み合わせたものを用いることが
できる。

【０１４５】

【発明の効果】本発明の半導体膜の形成方法は、基板上
に形成された半導体膜に、該半導体膜を溶融するエネル
ギーを与え、溶融後の結晶化により結晶成長させて結晶
性半導体膜とする半導体膜の形成方法であって、該基板
上に、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である半導体
膜を形成する工程と、半導体膜の結晶化を助長する触媒
物質を導入する工程と、該触媒物質が導入された半導体
膜にエネルギーを与える工程と、を包含することを特徴
としている。

【０１４６】このように、膜中の水素濃度が１０〜２０
ａｔ％である半導体膜に触媒物質を導入した後、エネル
ギーを与えることにより結晶成長させると、（１１１）
近傍に配向比率が高い結晶性半導体膜を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態１
の結晶性半導体膜の形成方法を工程毎に説明する斜視図
である。

【図２】触媒物質導入領域の端部から連結領域までの間
隔ａを説明する平面図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態２
の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。

【図４】連結領域から第二領域が滑らかに連続するよう
にパターニングされた非晶質シリコン膜を示す平面図で
ある。

【図５】連結領域と第二主領域とが、滑らかに連続せ
ず、エッジ形状を有するようにパターニングされた非晶
質シリコン膜を示す平面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施の形態３の
結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。

【図７】溝部が形成されたガラス基板の長手方向に直交
する方向の断面図を示している。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施の形態４の
結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。

【図９】実施の形態４の結晶性半導体膜の形成方法にお
いて、基板に形成される溝部の他の例を示す斜視図であ
る。

【図１０】試料として作製される非晶質シリコン膜を説
明しており、（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、その平
面図、（ｃ）は、連結部を形成した場合の平面図をそれ
ぞれ示している。

【図１１】表１に示される結晶方位分布を示すグラフで
ある。

【図１２】実施の形態５の半導体装置の製造方法を示す
断面図である。

【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態
６の半導体装置を用いたディスプレイ装置の製造方法を
示す断面図である。

【図１４】従来例１の半導体膜の形成方法を説明する平
面図である。

【図１５】従来例２の半導体膜の形成方法を説明する斜
視図である。

【図１６】従来例３の半導体膜の形成方法を説明する平
面図である。

【図１７】従来例４の半導体膜の形成方法を説明する断
面図である。

【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来例５の
半導体膜の形成方法を説明する断面図である。

【符号の説明】

４０ガラス基板 ４１ 非晶質シリコン膜 ４２ ＳｉＯ₂膜 ４３ 触媒物質導入領域 ４４ 溝部 ５１ ガラス基板 ５２ 結晶性シリコン膜 ５３ ゲートＳｉＯ₂膜 ５４ ＷＳｉ₂多結晶ゲート電極 ５５ ＳｉＯ₂膜 ５６ コンタクトホール ５７ Ａｌ配線 ５８ ＳｉＮ保護膜 ５９ スルーホール ６０ 画素電極 ６１ ＳｉＮ膜 ６２ ポリイミド膜 ７１ ガラス基板 ７２ カラーフィルター ７３ 対向電極 ７４ ポリイミド膜 １０１ 結晶粒 １０２ 結晶粒 １０３ 結晶粒界

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB04 DB16 EA02 EB01 ED04 FE11 HA06 HA20 TA04 TB02 TK01 5F045 AA08 AB04 AC01 AD07 AF07 BB12 BB18 CA15 DA61 DA68 HA16 HA18 5F052 AA02 AA17 CA04 CA07 DA02 DB01 DB03 FA03 FA06 FA19 JA01 5F110 AA30 CC02 DD02 DD30 EE05 EE44 FF02 FF30 GG02 GG13 GG17 GG25 HJ01 HL03 HL23 NN03 NN24 NN35 NN72 PP01 PP03 PP10 PP23 PP29 PP34 PP36 QQ11

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された半導体膜にエネルギ
   ーを加えて結晶成長させて結晶性半導体膜とする半導体
   膜の形成方法であって、 該基板上に、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である
   半導体膜を形成する工程と、 形成された半導体膜に、該半導体膜の結晶化を助長する
   触媒物質を導入する工程と、 該触媒物質が導入された半導体膜にエネルギーを与える
   工程と、 を包含することを特徴とする半導体膜の形成方法。
2. 【請求項２】 膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％であ
   る半導体膜は、成膜温度を、２５０〜３５０℃の温度範
   囲とすることにより形成される、請求項１に記載の半導
   体膜の形成方法。
3. 【請求項３】 前記基板上に半導体膜を形成した後、該
   半導体膜を所定形状にパターニングする工程をさらに包
   含する、請求項１に記載の半導体膜の形成方法。
4. 【請求項４】 前記半導体膜は、所定方向に沿った直線
   状に形成されており、相互に間隔をあけて設けられた第
   一主領域及び第二主領域と、該第一主領域と第二主領域
   との間に、両者を連結するように設けられ、幅方向の寸
   法が第一及び第二主領域よりも挟小になっている連結領
   域とを有するように形成される、請求項３に記載の半導
   体膜の形成方法。
5. 【請求項５】 前記第一主領域に触媒物質が選択的に導
   入される触媒物質導入領域が形成される、請求項４に記
   載の半導体膜の形成方法。
6. 【請求項６】 前記半導体膜は、連結領域と第二主領域
   とが、滑らかに連続している、請求項５に記載の半導体
   膜の形成方法。
7. 【請求項７】 前記基板上に半導体膜を形成する前に、
   側面と底面とが滑らかに連続する溝部を、該半導体膜の
   形状に対応するように該基板に形成する工程をさらに包
   含し、 前記半導体膜は、基板上の溝部に埋めるように形成され
   る、請求項５に記載の半導体膜の形成方法。
8. 【請求項８】 前記溝部は、前記半導体膜の連結領域と
   第二主領域とが、滑らかに連続するように形成されてい
   る、請求項７に記載の半導体膜の形成方法。
9. 【請求項９】 前記半導体膜は、シリコン材料である、
   請求項１〜８のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。
10. 【請求項１０】 前記触媒物質は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
    Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕ及びこれらの金属を含む化合物
    のうち少なくとも１種類である、請求項１〜９のいずれ
    かに記載の半導体膜の形成方法。
11. 【請求項１１】 前記連結領域の幅方向の寸法は、０．
    ２μｍ〜１０μｍの範囲になるように形成される、請求
    項４〜１０のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。
12. 【請求項１２】 前記連結領域の長さ方向の寸法は、
    ０．５μｍ〜１００μｍの範囲になるように形成され
    る、請求項４〜１０のいずれかに記載の半導体膜の形成
    方法。
13. 【請求項１３】 基板に形成された半導体膜であって、
    基板垂直方向の結晶方位が大略（１１１）である結晶性
    半導体膜であることを特徴とする半導体膜。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１２のいずれかに記載の半
    導体膜の形成方法によって形成された半導体膜を有する
    半導体装置。
15. 【請求項１５】 基板に形成された半導体膜が、基板垂
    直方向の結晶方位が大略（１１１）である結晶性半導体
    膜を用いたことを特徴とする半導体装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４の半導体装置を備えたディ
    スプレイ装置。
17. 【請求項１７】 基板に形成された半導体膜が、基板垂
    直方向の結晶方位が大略（１１１）である結晶性半導体
    膜を用いたことを特徴とするディスプレイ装置。