JP2003282594A - 半導体装置及び半導体装置の生産システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成され
るのを防ぎ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下
したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したり
するのを防ぐことができるレーザー結晶化法を用いた、
半導体装置の生産システムの提供を課題とする。 【解決手段】 ストライプ状（縞状）または矩形の凹凸
を設ける。そして、該絶縁膜上に形成された半導体膜に
対し、絶縁膜のストライプの凹凸に沿って、または矩形
の長軸か短軸の方向に沿って、連続発振のレーザー光を
照射する。なおこのとき、連続発振のレーザー光を用い
るのが最も好ましいが、パルス発振のレーザー光を用い
ても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶構造を有する
半導体膜を用いて構成される半導体装置に係り、特に、
絶縁表面上に結晶成長させた結晶質半導体膜を活性層と
して有する薄膜トランジスタを用いた半導体装置に関す
る。さらにレーザー光を用いた半導体装置の生産システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が
大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装
置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体
膜を用いたＴＦＴ（ポリシリコンＴＦＴ）は、従来の非
晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モ
ビリティともいう）が高いので、高速動作が可能であ
る。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行
っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した
駆動回路で行うことが可能である。

【０００３】ところで半導体装置に用いる基板は、コス
トの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有
望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形し
やすい。そのため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴ
を形成する場合において、半導体膜の結晶化にレーザー
アニールを用いることは、ガラス基板の熱変形を避ける
のに非常に有効である。

【０００４】レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或い
は伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を
大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択
的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えない
ことなどが上げられている。

【０００５】なお、ここでいうレーザーアニール法と
は、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結
晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化
させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体
膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。
適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代
表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表
される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射
によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程
度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られ
ている。

【０００６】レーザーはその発振方法により、パルス発
振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレー
ザーは出力エネルギーが比較的高いため、レーザービー
ムの大きさを数ｃｍ²以上として量産性を上げることが
できる。特に、レーザービームの形状を光学系を用いて
加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレ
ーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさ
らに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化
には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつ
つあった。

【０００７】しかし近年では、半導体膜の結晶化におい
てパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用
いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きく
なることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きく
なると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度
が高くなる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに
脚光を浴び始めている。

【０００８】なお絶縁表面上に単結晶半導体膜を形成す
る試みは古くから成され、より積極的な試みとしてグラ
フォエピタキシー（graphoepitaxy）という技術が考案
されている。グラフォエピタキシーは石英基板の表面に
段差を形成し、この上に非晶質半導体膜又は多結晶半導
体膜を形成してから、レーザービームやヒーターで加熱
させ、石英基板上に形成された段差形状を核として、エ
ピタキシャル的な成長層を形成するという技術である。
この技術は例えば非特許文献１等に開示されている。

【０００９】

【非特許文献１】J. Vac. Sci. Technol.,"Grapho-epit
axy of silicon on fused silica using surface micro
patterns and laser crystallization", 16(6),1979,pp
1640-1643.

【００１０】また、例えば非特許文献２にも、グラフォ
ーエピタキシーと呼ばれる半導体膜の結晶化技術につい
て開示されている。これは人為的に作られた非晶質基板
表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導
によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。上
記非特許文献２には、グラフォーエピタキシーの技術と
は、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成され
た半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施す
ことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させる
ことが開示されている。

【００１１】

【非特許文献２】M. W. Geis, et al.,"CRYSTALLINE SI
LICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY"Technical Dig
est of International Electron Devices Meeting, 197
9, pp.210.

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】パルス発振と連続発振
とに大別されるレーザーアニール法を用いて作製される
結晶質半導体膜は、一般的に複数の結晶粒が集合して形
成される。その結晶粒の位置と大きさはランダムなもの
であり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶質半導体
膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶質半導体膜
を島状にパターニングすることで形成された活性層中に
は、結晶粒の界面（粒界）が存在することがある。

【００１３】結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や
結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に
存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされ
ると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して
障壁となるため、キャリアの電流輸送特性が低下するこ
とが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチャ
ネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が
著しく低下したり、オン電流が低減したり、また粒界に
おいて電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、Ｔ
ＦＴの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得ら
れることを前提に作製された複数のＴＦＴにおいて、活
性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。

【００１４】半導体膜にレーザー光を照射したときに、
得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、
以下の理由による。レーザー光の照射によって完全溶融
した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、
ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完
全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核か
らそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置
は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そし
て、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が
終了するため、結晶粒の位置と大きさは、ランダムなも
のとなる。

【００１５】よって、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼ
すチャネル形成領域を、粒界の影響を排除して単一の結
晶粒で形成することが理想的であるが、粒界の存在しな
い結晶質珪素膜をレーザーアニール法で形成するのは殆
ど不可能であった。そのためレーザーアニール法を用い
て結晶化された結晶質珪素膜を活性層とするＴＦＴで、
単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの
特性と同等なものは、今日まで得られていない。

【００１６】本発明は上述した問題に鑑み、ＴＦＴのチ
ャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぎ、粒界によ
ってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低
減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことがで
きるレーザー結晶化法を用いた、半導体装置の生産シス
テムの提供を課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、凹凸を有
する絶縁膜上に半導体膜を形成し、該半導体膜にレーザ
ー光を照射すると、絶縁膜の凹部の凹底部または凸部の
凸上部のエッジ近傍において結晶核が生成し、該結晶核
から該絶縁膜と平行な方向に向かって結晶成長が進むこ
とを見出した。なお凹部は、凸部が形成されていない窪
んだ領域を指す。

【００１８】図１を用いてこのメカニズムについて説明
する。図１（Ａ）に、凸部１０ａを有する絶縁膜１０上
に半導体膜１１が形成されている様子を示す。レーザー
光の照射により半導体膜１１が溶融した後、該半導体膜
１１内の熱が絶縁膜１０に放熱される。このとき、絶縁
膜と接している面積がより大きい部分において効率的に
放熱が行われる。例えば図１（Ａ）では、半導体膜１１
と絶縁膜１０との接している面が平坦な部分１２、１３
よりも、接している面どうしが交わっている部分１４、
１５の方が絶縁膜への放熱が効率的であり、結晶核がよ
り早く形成される。また、絶縁膜の熱容量が大きい部分
の方が、より効率的に放熱が行われる。例えば、凹部の
エッジ近傍１４の方が凸部のエッジ近傍１５よりも、一
定の範囲内における絶縁膜の体積が大きいため熱容量が
大きいので、逃げた熱がこもりにくく、効率的に放熱が
行われる。よって、凹部のエッジ近傍１４の方が凸部の
エッジ近傍１５よりも結晶核が早く出来やすい。

【００１９】そして時間の経過と共に、凹部のエッジ近
傍１４において生成された結晶核から、絶縁膜と平行な
方向に向かって結晶成長が進む。図１（Ｂ）を用いて、
半導体膜の結晶の成長方向について説明する。図１
（Ｂ）に２つの凸部１０ａ、１０ｂを有する絶縁膜１０
上に半導体膜１１が形成されている様子を示す。半導体
膜１１において、凹部のエッジ近傍１４から結晶成長が
矢印に示した方向に向かって進む。そして隣り合う凹部
のエッジ近傍１４から進んだ結晶成長は、互いにその中
間付近でぶつかり合い、粒界１６を形成して結晶成長が
止まる。

【００２０】このように、凸部を設けた絶縁膜をレーザ
ー光の照射により結晶化すると、粒界の形成される位置
をある程度制御することが可能になる。よって、絶縁膜
の形状を設計した段階で、半導体膜の粒界の形成される
位置をある程度予測することができる。つまり本発明で
は粒界が形成される位置を選択的に定めることができる
ので、活性層、より望ましくはチャネル形成領域に粒界
がなるべく含まれないように、活性層をレイアウトする
ことが可能になる。

【００２１】具体的に絶縁膜には、ストライプ状（縞
状）または矩形の凹凸を設ける。そして、該絶縁膜上に
形成された半導体膜に対し、絶縁膜のストライプの凹凸
に沿って、または矩形の長軸か短軸の方向に沿って、連
続発振のレーザー光を照射する。なおこのとき、連続発
振のレーザー光を用いるのが最も好ましいが、パルス発
振のレーザー光を用いても良い。なおレーザー光の走査
方向に対して垂直な方向における凸部の断面は、矩形、
三角形または台形であっても良い。

【００２２】そして半導体膜の隣り合う凸部のエッジ間
の中央付近と、凹部のエッジ間の中央付近は、成長した
結晶がぶつかり合うことで形成される粒界が存在してい
る。よって本発明では、凹部のエッジ近傍と、凹部のエ
ッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにく
く結晶性が優れている部分１７を、活性層またはチャネ
ル形成領域として用いる。または凸部のエッジ近傍と、
凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成
されにくく結晶性が優れている部分１８を、活性層また
はチャネル形成領域として用いる。結晶性が優れている
部分１７、１８は、必ずしも粒界を含まないわけではな
いが、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいの
で、結晶性は比較的優れたものとなっている。

【００２３】本発明では、結晶性が優れている部分１
７、１８を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いること
で、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを
防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく
低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加し
たりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部
または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去する
かは、設計者が適宜定めることができる。

【００２４】なお、レーザー光のレーザービームのエッ
ジの近傍は、中央付近に比べて一般的にエネルギー密度
が低く、半導体膜の結晶性も劣る場合が多い。そのため
レーザー光を走査する際に、後にＴＦＴのチャネル形成
領域となる部分と、その軌跡のエッジとが重ならないよ
うにするのが望ましい。

【００２５】そこで本発明の生産システムでは、まず設
計の段階で得られた、基板上面から見た絶縁膜または半
導体膜の形状のデータ（パターン情報）を記憶手段に記
憶する。そしてそのパターン情報と、レーザー光のレー
ザービームの走査方向と垂直な方向における幅とから、
少なくともＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、レ
ーザー光の軌跡のエッジとが重ならないように、レーザ
ー光の走査経路を決定する。そして、マーカーを基準と
して基板の位置を合わせ、決定された走査経路にしたが
ってレーザー光を基板上の半導体膜に対して照射する。

【００２６】上記構成により、基板全体にレーザー光を
照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分にの
みレーザー光を走査するようにすることができる。よっ
て、不必要な部分にレーザー光を照射するための時間を
省くことができ、よって、レーザー光照射にかかる時間
を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向
上させることができる。また不必要な部分にレーザー光
を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことが
できる。

【００２７】なお、マーカーは、基板を直接レーザー光
等によりエッチングすることで形成しても良いし、凹凸
を有する絶縁膜を形成する際に、同時に絶縁膜の一部に
マーカーを形成するようにしても良い。また、実際に形
成された絶縁膜または半導体膜の形状をＣＣＤ等の撮像
素子を用いて読み取り、データとして第１の記憶手段に
記憶し、第２の記憶手段に設計の段階で得られた絶縁膜
または半導体膜のパターン情報を記憶し、第１の記憶手
段に記憶されているデータと、第２の記憶手段に記憶さ
れているパターン情報とを照合することで、基板の位置
合わせを行うようにしても良い。

【００２８】絶縁膜の一部にマーカーを形成したり、絶
縁膜の形状をマーカーとして用いることで、マーカー用
のマスクを１枚減らすことができ、なおかつ基板にレー
ザー光で形成するよりもよりも、正確な位置にマーカー
を形成することができ、位置合わせの精度を向上させる
ことができる。

【００２９】なお、レーザー光のエネルギー密度は、一
般的には完全に均一ではなく、レーザービーム内の位置
によりその高さが変わる。本発明では、最低限チャネル
形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全
体または凸部の平らな面全体に、一定のエネルギー密度
のレーザー光を照射することが必要である。よって本発
明では、レーザー光の走査により、均一なエネルギー密
度を有する領域が、最低限チャネル形成領域となる部
分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平
らな面全体と完全に重なるような、エネルギー密度の分
布を有するレーザービームを用いることが必要である。
上記エネルギー密度の条件を満たすためには、レーザー
ビームの形状を、矩形または線形等にすることが望まし
いと考えられる。

【００３０】さらにスリットを介し、レーザービームの
うちエネルギー密度の低い部分を遮蔽するようにしても
良い。スリットを用いることで、比較的均一なエネルギ
ー密度のレーザー光を凹部の平らな面全体または凸部の
平らな面全体に照射することができ、結晶化を均一に行
うことができる。またスリットを設けることで、絶縁膜
または半導体膜のパターン情報によって部分的にレーザ
ービームの幅を変えることができ、チャネル形成領域、
さらにはＴＦＴの活性層のレイアウトにおける制約を小
さくすることができる。なおレーザービームの幅とは、
走査方向と垂直な方向におけるレーザービームの長さを
意味する。

【００３１】また複数のレーザー発振装置から発振され
たレーザー光を合成することで得られた１つのレーザー
ビームを、レーザー結晶化に用いても良い。上記構成に
より、各レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い
合うことができる。

【００３２】凹凸を有する絶縁膜は、レーザー光の走査
方向に対して垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部
の幅よりも広い方が、ＴＦＴの活性層として用いる半導
体膜のレイアウトにおける制約が小さくなるので望まし
い。具体的には、絶縁膜の凹凸の長手方向と垂直な方向
において、凹底部の幅が凸上部の幅の３倍以上であるの
が望ましい。

【００３３】また半導体膜を成膜した後、大気に曝さな
いように（例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガ
ス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザー光の照射を
行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成によ
り、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物
質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に
含まれるボロン等が、レーザー光による結晶化の際に半
導体膜に混入するのを防ぐことができる。

【００３４】なお、従来のグラフォーエピタキシー（gr
aphoepitaxy）と呼ばれる半導体膜の結晶化技術は、人
為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surfac
e relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長
を試みるものであった。このグラフォーエピタキシーに
関する技術は、上記非特許文献２等に記載されている。
上記論文等には、グラフォーエピタキシーの技術とは、
絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半
導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すこと
で、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させること
が開示されている。しかし、エピタキシャル成長に必要
な温度は、少なくとも７００℃程度は必要であり、ガラ
ス基板上においてエピタキシャル成長を行おうとする
と、絶縁膜の凹部または凸部のエッジ近傍において半導
体膜に粒界が形成されてしまう。本発明では、アイラン
ドのマスクをレイアウトして、該アイランドとなる部分
における結晶性を高められるように、絶縁膜の凹部また
は凸部の形状及びエッジの位置を、アイランドのレイア
ウトに合わせて設計する。具体的には凹部または凸部の
エッジ及び凹部または凸部のエッジ間の中央付近と、ア
イランドとが重ならないように、凹部または凸部の形
状、サイズ等を定める。そしてアイランドのレイアウト
に合わせて設計された絶縁膜を用い、意図的に粒界の位
置を選択的に定める。そして該半導体膜の選択的に形成
された粒界の存在する部分をパターニングにより除去
し、結晶性の比較的優れている部分をアイランドとして
用いる。よって本発明において開示する技術は、従来の
グラフォーエピタキシーと、段差を設けた絶縁膜上に半
導体膜を形成し、該段差を用いて半導体膜を結晶化させ
る点では一致しているが、従来のグラフォーエピタキシ
ーには段差を用いて粒界の位置を制御し、アイランド内
の粒界を少なくするという概念は含まれておらず、本発
明とは似て非なるものである。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、図２を用いて、本発明で用
いられるレーザー光の照射方法について説明する。

【００３６】まず、図２（Ａ）に示すように基板１００
上に絶縁膜１０１を形成する。絶縁膜１０１はストライ
プ状の凸部１０１ａを含んでいる。なおこの凹凸の形成
の仕方については、後段において詳しく説明する。絶縁
膜１０１は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等
を用いることができる。なお、アルカリ金属などの不純
物が後に形成される半導体膜内に取り込まれるのを防ぐ
ことができ、後の処理温度に耐え得る絶縁性を有する膜
で、なおかつ凹凸を形成することができるのであれば、
これらの他の絶縁膜を用いても良い。また２つ以上の膜
の積層構造であってもよい。

【００３７】このとき、絶縁膜１０１と同時に、絶縁膜
の一部を利用してマーカーを形成するようにしても良
い。

【００３８】基板１００は、後の工程の処理温度に耐え
うる材質であれば良く、例えば石英基板、シリコン基
板、バリウムホウケイ酸ガラスまたはアルミノホウケイ
酸ガラスなどのガラス基板、金属基板またはステンレス
基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いることができ
る。また、処理温度に耐えうる程度に耐熱性を有するプ
ラスチック基板を用いてもよい。

【００３９】次に、絶縁膜１０１を覆うように、半導体
膜１０２を形成しする。半導体膜１０２は、公知の手段
（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）に
より成膜することができる。なお、半導体膜は非晶質半
導体膜であっても良いし、微結晶半導体膜、結晶質半導
体膜であっても良い。また珪素だけではなくシリコンゲ
ルマニウムを用いるようにしても良い。

【００４０】このとき、絶縁膜１０１の凹凸に沿って、
半導体膜１０２にも凹凸が現れる。なお、絶縁膜１０１
の凸部１０１ａのサイズについては設計者が適宜設定す
ることができるが、後に形成される半導体膜が凸部のエ
ッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定
する必要がある。また凹部において活性層をレイアウト
する場合、凹部の幅は凸部の幅よりも広くすることで、
活性層のレイアウトの制約を小さくすることができる。
凸部において活性層をレイアウトする場合、凸部の幅は
凹部の幅よりも広くすることで、活性層のレイアウトの
制約を小さくすることができる。本実施の形態では、レ
ーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、例え
ば凹部の平坦な部分の幅を凸部の平坦な部分の幅の２倍
以上にし、また凸部の幅を３００〜３０００ｎｍとし
た。さらに凸部の高さを３０〜３００ｎｍとした。

【００４１】次に、図２（Ａ）に示すように、半導体膜
１０２にレーザー光を照射し、結晶性が高められた半導
体膜（ＬＣ後）１０３を形成する。レーザー光のエネル
ギー密度は、レーザービーム１０４のエッジの近傍にお
いて低くなっており、そのためエッジの近傍は結晶粒が
小さく、結晶の粒界に沿って突起した部分（リッジ）が
出現する。そのため、レーザー光のレーザービーム１０
４の軌跡のエッジと、チャネル形成領域となる部分とが
重ならないようにする。

【００４２】なおレーザー光の走査方向は、矢印に示す
ように、凸部１０１ａの方向と平行になるように定め
る。

【００４３】本発明では公知のレーザーを用いることが
できる。レーザー光は連続発振であることが望ましい
が、パルス発振であってもある程度本発明の効果を得る
ことができると考えられる。レーザーは、気体レーザー
もしくは固体レーザーを用いることができる。気体レー
ザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレ
ーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザ
ー、ＹＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃レー
ザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンド
ライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ₂Ｏ₃レ
ーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃ
ｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴ
ｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡ
ｌＯ₃などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該
レーザーの基本波はドーピングする材料によって異な
り、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られ
る。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いる
ことで得ることができる。

【００４４】またさらに、固体レーザーから発せられら
た赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー
光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られ
る紫外レーザー光を用いることもできる。

【００４５】なお、図２（Ａ）の、結晶化される前のＡ
−Ａ’における断面図が図２（Ｂ）に相当し、結晶化さ
れた後のＢ−Ｂ’における断面図が図２（Ｃ）に相当す
る。レーザー光の照射によって結晶化された半導体膜
（ＬＣ後）１０３では、絶縁膜１０１の凹部の中央付近
近傍において、粒界１０５が生じやすくなる。そして、
図２では凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付
近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れ
ている部分１０６を、活性層またはチャネル形成領域と
して用いる。結晶性が優れている部分１０６は、必ずし
も粒界を含まないわけではないが、たとえ粒界が存在し
たとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れた
ものとなっている。なお、凸部のエッジ近傍と、凸部の
エッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されに
くく結晶性が優れている部分を、活性層またはチャネル
形成領域として用いるようにしても良い。

【００４６】次に、図３（Ａ）に示すように、粒界が多
く形成されていると考えられる凹部のエッジ間の中央付
近近傍と、凸部近傍の半導体膜とをチャネル形成領域と
して用いないように、結晶化後の半導体膜１０３をパタ
ーニングし、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中
央付近との間の、結晶性の優れている部分を用い、島状
の半導体膜（アイランド）１０８を形成する。

【００４７】なお本実施例では、凸部のエッジ近傍また
は凹部のエッジ近傍と、凸部と、凹部の中央付近近傍と
を一部残す様に半導体膜１０３をパターニングすること
で、図３（Ａ）に示すような、チャネル形成領域の部分
のみ分離したスリット状の活性層として用いるアイラン
ド１０８を形成した。アイランド１０８のＡ−Ａ’にお
ける断面図を図３（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’における断面図を
図３（Ｃ）に示す。ソース領域またはドレイン領域とな
る部分はチャネル形成領域ほど半導体膜の結晶性による
ＴＦＴの特性への影響が大きくない。そのため、半導体
膜の結晶性が芳しくない部分をソース領域またはドレイ
ン領域として用いても然程問題にはならない。

【００４８】次に図４（Ａ）に示すように、少なくとも
アイランド１０８のチャネル形成領域となる部分を覆う
ように、ゲート絶縁膜１１０を形成する。なお図４
（Ａ）では、ソース領域またはドレイン領域となる部分
が露出しているが、ゲート絶縁膜１１０でアイランド１
０８全体を覆うようにしても良い。

【００４９】次に、導電性を有する膜を成膜し、パター
ニングすることで、ゲート電極１１１を形成する。な
お、図４（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図４（Ｂ）
に示す。ゲート電極１１１は全てのチャネル形成領域と
重なっている。

【００５０】上記作製工程によって、互いに分離した複
数のチャネル形成領域を有するＴＦＴが完成する。この
ような構成にすることで、チャネル形成領域のチャネル
幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆
動させることで発生した熱を効率的に放熱することがで
きる。

【００５１】次に、本発明の生産システムについて説明
する。図５に本発明の生産システのフローチャートを示
す。まずアイランドのマスクを設計し、次に絶縁膜の形
状をストライプ状または矩形状の凹凸を有するように設
計する。このとき、該アイランドの１つまたは複数が絶
縁膜の凹部または凸部の平らな面にレイアウトされるよ
うにする。さらに、アイランドは、凹部または凸部のエ
ッジ間の中央付近の、粒界が比較的形成されやすい部分
を避けるようにレイアウトすることが望ましい。そし
て、アイランドをＴＦＴの活性層として用いる場合、チ
ャネル形成領域のキャリアが移動する方向と、絶縁膜の
ストライプの向きまたは矩形の長辺か短辺方向に揃える
ようにすることが望ましいが、用途に応じて意図的に方
向を揃えない様にしても良い。

【００５２】また、このとき絶縁膜の一部にマーカーが
形成されるように、絶縁膜の形状を設計するようにして
も良い。

【００５３】そして、設計された絶縁膜の形状に関する
情報（パターン情報）を、レーザー照射装置が有するコ
ンピューターに入力し、その記憶手段に記憶する。コン
ピューターでは、入力された絶縁膜のパターン情報と、
レーザービームの走査方向に対して垂直な方向における
幅とに基づき、レーザー光の走査経路を定める。このと
き、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または
凸部の平らな面とが重ならないように、走査経路を定め
ることが重要である。なお、絶縁膜のパターン情報に加
えて、アイランドのパターン情報をコンピュータの記憶
手段に記憶させ、レーザー光の軌跡のエッジとアイラン
ドまたはアイランドのチャネル形成領域とが重ならない
ように、走査経路を定めるようにしても良い。

【００５４】なお、スリットを設けてレーザービームの
幅を制御する場合、コンピューターでは入力された絶縁
膜のパターン情報に基づき、走査方向に対して垂直方向
における、絶縁膜の凹部または凸部の幅を把握する。そ
して、絶縁膜の凹部または凸部の幅を考慮して、レーザ
ー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または凸部の平ら
な面とが重ならないように、走査方向に対して垂直方向
におけるスリットの幅を設定する。

【００５５】一方基板上に、設計したパターン情報に従
って絶縁膜を形成し、次に、該絶縁膜上に半導体膜を成
膜する。そして、半導体膜を成膜した後、基板をレーザ
ー照射装置のステージに設置し、基板の位置合わせを行
なう。図５ではＣＣＤカメラを用いてマーカーを検出
し、基板の位置合わせを行う例を示している。なおＣＣ
Ｄカメラとは、ＣＣＤ（電荷結合素子）を撮像素子とし
て用いたカメラを意味する。

【００５６】なお、ステージに設置された基板上の絶縁
膜または半導体膜のパターン情報をＣＣＤカメラ等によ
り検出し、コンピュータにおいてＣＡＤによって設計さ
れた絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカ
メラによって得られる、実際に基板上に形成された絶縁
膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせ、基
板の位置合わせを行うようにしても良い。

【００５７】そして、定められた走査経路にしたがって
レーザー光を照射し、半導体膜を結晶化する。

【００５８】次に、レーザー光を照射した後、レーザー
光照射により結晶性が高められた半導体膜をパターニン
グし、アイランドを形成する。以下、アイランドからＴ
ＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製
工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲー
ト絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成す
る。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように
層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コ
ンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間
絶縁膜上に配線を形成する。

【００５９】次に、本発明において用いられるレーザー
照射装置の構成について、図６を用いて説明する。１５
１はレーザー発振装置である。図６では４つのレーザー
発振装置を用いているが、レーザー照射装置が有するレ
ーザー発振装置はこの数に限定されない。

【００６０】なお、レーザー発振装置１５１は、チラー
１５２を用いてその温度を一定に保つようにしても良
い。チラー１５２は必ずしも設ける必要はないが、レー
ザー発振装置１５１の温度を一定に保つことで、出力さ
れるレーザー光のエネルギーが温度によってばらつくの
を抑えることができる。

【００６１】また１５４は光学系であり、レーザー発振
装置１５１から出力された光路を変更したり、そのレー
ザービームの形状を加工したりして、レーザー光を集光
することができる。さらに、図６のレーザー照射装置で
は、光学系１５４によって、複数のレーザー発振装置１
５１から出力されたレーザー光のレーザービームを互い
に一部を重ね合わせることで、合成することができる。

【００６２】なお、レーザー光の進行方向を極短時間で
変化させるＡＯ変調器１５３を、被処理物である基板１
５６とレーザー発振装置１５１との間の光路に設けても
良い。また、ＡＯ変調器の代わりに、アテニュエイター
（光量調整フィルタ）を設けて、レーザー光のエネルギ
ー密度を調整するようにしても良い。

【００６３】また、被処理物である基板１５６とレーザ
ー発振装置１５１との間の光路に、レーザー発振装置１
５１から出力されたレーザー光のエネルギー密度を測定
する手段（エネルギー密度測定手段）１６５を設け、測
定したエネルギー密度の経時変化をコンピューター１６
０において監視するようにしても良い。この場合、レー
ザー光のエネルギー密度の減衰を補うように、レーザー
発振装置１６０からの出力を高めるようにしても良い。

【００６４】合成されたレーザービームは、スリット１
５５を介して被処理物である基板１５６に照射される。
スリット１５５は、レーザー光を遮ることが可能であ
り、なおかつレーザー光によって変形または損傷しない
ような材質で形成するのが望ましい。そして、スリット
１５５はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅に
よってレーザービームの幅を変更することができる。

【００６５】なお、スリット１５５を介さない場合の、
レーザー発振装置１５１から発振されるレーザー光の基
板１５６におけるレーザービームの形状は、レーザーの
種類によって異なり、また光学系により成形することも
できる。

【００６６】基板１５６はステージ１５７上に載置され
ている。図６では、位置制御手段１５８、１５９が、被
処理物におけるレーザービームの位置を制御する手段に
相当しており、ステージ１５７の位置が、位置制御手段
１５８、１５９によって制御されている。

【００６７】図６では、位置制御手段１５８がＸ方向に
おけるステージ１５７の位置の制御を行っており、位置
制御手段１５９はＹ方向におけるステージ１５７の位置
制御を行う。

【００６８】また図６のレーザー照射装置は、メモリ等
の記憶手段及び中央演算処理装置を兼ね備えたコンピュ
ーター１６０を有している。コンピューター１６０は、
レーザー発振装置１５１の発振を制御し、レーザー光の
走査経路を定め、なおかつレーザー光のレーザービーム
が定められた走査経路にしたがって走査されるように、
位置制御手段１５８、１５９を制御し、基板を所定の位
置に移動させることができる。

【００６９】なお図６では、レーザービームの位置を、
基板を移動させることで制御しているが、ガルバノミラ
ー等の光学系を用いて移動させるようにしても良いし、
その両方であってもよい。

【００７０】さらに図６では、コンピューター１６０に
よって、該スリット１５５の幅を制御し、マスクのパタ
ーン情報に従ってレーザービームの幅を変更することが
できる。なおスリットは必ずしも設ける必要はない。

【００７１】さらにレーザー照射装置は、被処理物の温
度を調節する手段を備えていても良い。また、レーザー
光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、
ダンパーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射される
のを防ぐようにしても良い。ダンパーは、反射光を吸収
させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内に
冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温
度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、ステー
ジ１５７に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）
を設けるようにしても良い。

【００７２】なお、マーカーをレーザーで形成する場
合、マーカー用のレーザー発振装置を設けるようにして
も良い。この場合、マーカー用のレーザー発振装置の発
振を、コンピューター１６０において制御するようにし
ても良い。さらにマーカー用のレーザー発振装置を設け
る場合、マーカー用のレーザー発振装置から出力された
レーザー光を集光するための光学系を別途設ける。なお
マーカーを形成する際に用いるレーザーは、代表的には
ＹＡＧレーザー、ＣＯ₂レーザー等が挙げられるが、無
論この他のレーザーを用いて形成することは可能であ
る。

【００７３】またマーカーを用いた位置合わせのため
に、ＣＣＤカメラ１６３を１台、場合によっては数台設
けるようにしても良い。なおＣＣＤカメラとは、ＣＣＤ
（電荷結合素子）を撮像素子として用いたカメラを意味
する。

【００７４】なお、マーカーを設けずに、ＣＣＤカメラ
１６３によって絶縁膜または半導体膜のパターンを認識
し、基板の位置合わせを行うようにしても良い。この場
合、コンピューター１６０に入力されたマスクによる絶
縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラ１
６３において収集された実際の絶縁膜または半導体膜の
パターン情報とを照らし合わせて、基板の位置情報を把
握することができる。この場合マーカーを別途設ける必
要がない。

【００７５】また、基板に入射したレーザー光は該基板
の表面で反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわ
ゆる戻り光となるが、該戻り光はレーザの出力や周波数
の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす。そのた
め、前記戻り光を取り除きレーザの発振を安定させるた
め、アイソレータを設置するようにしても良い。

【００７６】なお、図６では、レーザー発振装置を複数
台設けたレーザー照射装置の構成について示したが、レ
ーザー発振装置は１台であってもよい。図７にレーザー
発振装置が１台の、レーザー照射装置の構成を示す。図
７において、２０１はレーザー発振装置、２０２はチラ
ーである。また２１５はエネルギー密度測定装置、２０
３はＡＯ変調器、２０４は光学系、２０５はスリット、
２１３はＣＣＤカメラである。基板２０６はステージ２
０７上に設置し、ステージ２０７の位置はＸ方向位置制
御手段２０８、Ｙ方向位置制御手段２０９によって制御
されている。そして図６に示したものと同様に、コンピ
ューター２１０によって、レーザー照射装置が有する各
手段の動作が制御されており、図６と異なるのはレーザ
ー発振装置が１つであることである。また光学系２０４
は図６の場合と異なり、１つのレーザー光を集光する機
能を有していれば良い。

【００７７】このように本発明では、レーザー光による
結晶化の後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中
央付近近傍をパターニングにより除去し、凹部または凸
部のエッジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付
近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れ
ている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いること
で、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを
防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく
低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加し
たりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部
または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去する
かは、設計者が適宜定めることができる。

【００７８】また、半導体膜全体にレーザー光を走査し
て照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を
最低限結晶化できるようにレーザー光を走査すること
で、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去
される部分にレーザー光を照射する時間を省くことがで
き、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮する
ことができる。

【００７９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００８０】（実施例１）本実施例では、凹凸を有する
絶縁膜の形成の仕方について説明する。

【００８１】まず、図８（Ａ）に示すように、基板２５
０上に第１の絶縁膜２５１を成膜する。第１の絶縁膜２
５１は本実施例では酸化窒化珪素を用いるがこれに限定
されず、第２の絶縁膜とエッチングにおける選択比が大
きい絶縁膜であれば良い。本実施例では第１の絶縁膜２
５１をＣＶＤ装置でＳｉＨ₄とＮ₂Ｏを用いて５０〜２０
０nmの厚さになるように形成した。なお第１の絶縁膜は
単層であっても、複数の絶縁膜を積層した構造であって
もよい。

【００８２】次に、図８（Ｂ）に示すように、第１の絶
縁膜２５１に接するように第２の絶縁膜２５２を形成す
る。第２の絶縁膜２５２は後の工程においてパターニン
グし、凹凸を形成したときに、その後に成膜される半導
体膜の表面に凹凸が現れる程度の膜厚にする必要があ
る。本実施例では第２の絶縁膜２５２として、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて３０ｎｍ〜３００ｎｍの酸化珪素を形
成する。

【００８３】次に、図８（Ｃ）に示すようにマスク２５
３を形成し、第２の絶縁膜２５２をエッチングする。な
お本実施例では、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄Ｈ
Ｆ₂）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を
１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名
ＬＡＬ５００）をエッチャントとし、２０℃においてウ
エットエッチングを行う。このエッチングにより、矩形
状またはストライプ状の凸部２５４が形成される。本明
細書では、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３とを合わせ
て１つの絶縁膜とみなす。

【００８４】次に、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３を
覆うように半導体膜を形成する。本実施例では凸部の厚
さが３０ｎｍ〜３００ｎｍであるので、半導体膜の膜厚
を５０〜２００ｎｍとするのが望ましく、ここでは６０
ｎｍとする。なお、半導体膜と絶縁膜との間に不純物が
混入すると、半導体膜の結晶性に悪影響を与え、作製す
るＴＦＴの特性ばらつきやしきい値電圧の変動を増大さ
せる可能性があるため、絶縁膜と半導体膜とは連続して
成膜するのが望ましい。そこで本実施例では、第１の絶
縁膜２５１と凸部２５３とからなる絶縁膜を形成した後
は、酸化珪素膜２５５を薄く該絶縁膜上に成膜し、その
後大気にさらさないように連続して半導体膜２５６を成
膜する。酸化珪素膜の厚さは設計者が適宜設定すること
ができるが、本実施例では５ｎｍ〜３０ｎｍ程度とし
た。

【００８５】なお、第２の絶縁膜２５２をエッチングす
る際に、凸部をテーパー状にエッチングするようにして
も良い。凸部をテーパー状にすることで、絶縁膜上に形
成される半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極などが凸
部のエッジにおいて膜切れするのを防ぐことができる。

【００８６】次に、図８とは異なる絶縁膜の形成の仕方
について説明する。まず図９（Ａ）に示すように基板２
６０上に第１の絶縁膜２６１を形成する。第１の絶縁膜
２６１は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜な
どで形成する。

【００８７】酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣ
ＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Or
thosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ₂とを混合し、反応圧力４
０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．
５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm²で放電させて形
成することができる。酸化窒化珪素膜を用いる場合に
は、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃から作
製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作
製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の
作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜
４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜
１．０W/cm²で形成することができる。また、ＳｉＨ₄、
Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用
しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳ
ｉＨ₄、ＮＨ₃から作製することが可能である。

【００８８】第１の絶縁膜は２０〜２００nm（好ましく
は３０〜６０nm）の厚さに基板の全面に形成した後、図
９（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーの技術を
用いマスク２６２を形成する。そして、エッチングによ
り不要な部分を除去して、ストライプ状または矩形状の
凸部２６３を形成する。第１の絶縁膜２６１に対しては
フッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても
良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング
法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例
えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を７．１
３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を１５．４％含
む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５０
０）でエッチングすると良い。

【００８９】次いで、凸部２６３及び基板２６０を覆う
ように、第２の絶縁膜２６４を形成する。この層は第１
の絶縁膜２６１と同様に酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化
窒化珪素膜などで５０〜３００nm（好ましくは１００〜
２００nm）の厚さに形成する。

【００９０】上記作製工程によって、凸部２６３及び第
２の絶縁膜２６４からなる絶縁膜が形成される。なお、
第２の絶縁膜２６４を形成した後、大気に曝さないよう
に連続して半導体膜を成膜するようにすることで、半導
体膜と絶縁膜の間に大気中の不純物が混入するのを防ぐ
ことができる。

【００９１】（実施例２）本実施例では、ストライプ状
の絶縁膜上に形成された半導体膜を、レーザー光照射に
より結晶化した後、凹部の基板と平行な面上に、互いに
分離されたアイランドを形成し、該アイランドを用いて
ＴＦＴを作製する例について説明する。

【００９２】図１０（Ａ）に、本実施例のＴＦＴの構造
を示す。図１０（Ａ）では、基板１５０上にストライプ
状の凸部１５１を有する絶縁膜１５２が形成されてい
る。そして、凸部１５１間の凹部の上面に、互いに分離
された複数のアイランド１５３が形成されている。複数
のアイランド１５３は、半導体膜の、凹部のエッジ近傍
と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が
形成されにくく結晶性が優れている部分を用いて形成さ
れている。そして、アイランド１５３に接するようにゲ
ート絶縁膜１５４が形成されている。なお、ゲート絶縁
膜１５４は、図１０（Ａ）ではアイランドの不純物領域
となる部分を露出するように形成されているが、アイラ
ンド１５３全体を覆うように形成されていても良い。

【００９３】そして、ゲート絶縁膜１５４上に、複数の
各アイランド１５３と重なるように複数のゲート電極１
５５が形成されている。複数のゲート電極１５５は、回
路構成によっては互いに接続されていても良い。

【００９４】なお、図１０（Ａ）のＡ−Ａ’における断
面図が図１０（Ｂ）に相当し、図１０（Ａ）のＢ−Ｂ’
における断面図が図１０（Ｃ）に相当する。図１０
（Ｃ）に示すように、各ゲート電極１５５は、ゲート絶
縁膜１５４を間に挟んでアイランド１５３のチャネル形
成領域１５６と重なっている。チャネル形成領域１５６
は同じくアイランド１５３に含まれる２つの不純物領域
１５７に挟まれている。

【００９５】なお本実施例では凹底部に形成されたアイ
ランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成され
たアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良
い。

【００９６】本実施例は実施例１と組み合わせて実施す
ることが可能である。

【００９７】（実施例３）本実施例では、絶縁膜の形状
のバリエーションについて説明する。

【００９８】図１１（Ａ）に、本発明の絶縁膜の形状
の、一実施例を示す。図１１（Ａ）では、基板１７０上
に絶縁膜１７１が形成されており、該絶縁膜１７１は複
数の凸部１７２を有している。各凸部１７２は上面から
見た形状が矩形である。そして全ての凸部は、その矩形
の長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光
の走査方向と平行である。

【００９９】また、各凸部１７２はレーザー光の走査方
向における幅と、走査方向に対して垂直な方向における
幅が、互いに全て同じになっているわけではない。所望
のアイランドの形状に合わせて絶縁膜の形状を設計する
ことが望ましい。

【０１００】なお、本発明で用いる絶縁膜は、凸部の形
状が完全に矩形またはストライプ形状である必要はな
く、その一部が矩形またはストライプ形状を有していれ
ば良い。図１１（Ｂ）に、本発明の絶縁膜の形状の、一
実施例を示す。図１１（Ｂ）では、基板１８０上に絶縁
膜１８１が形成されており、該絶縁膜１８１は上面から
見てスリット状の開口部を有する矩形状の凸部１８２が
形成されている。凸部１８２は、そのスリットの長辺方
向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方
向と平行である。

【０１０１】次に、図１１（Ｂ）に示したような、スリ
ット状の開口部を有する絶縁膜を用いて形成された、Ｔ
ＦＴの構成の一例について説明する。

【０１０２】図１２（Ａ）に本実施例のＴＦＴの上面図
を示す。図１２（Ａ）に示すように、本実施例では内部
にスリット状の開口部を有した矩形状の凸部７６０を有
する絶縁膜を用いた。凸部７６０を覆うように半導体膜
を成膜し、該スリット状の開口部の長軸方向に沿ってレ
ーザー光を矢印に示す方向に走査し、該半導体膜を結晶
化させる。そして、該半導体膜をパターニングし、凸部
に囲まれた凹部の上面にチャネル形成領域が形成され
た、開口部を有するアイランド７６１を形成する。な
お、アイランド７６１のチャネル形成領域は、凹部のエ
ッジ間の中央付近近傍を避け、凹部のエッジ近傍と、凹
部のエッジ間の中央付近との間の、結晶性の優れている
部分を用いるようにする。

【０１０３】そして、該アイランド７６１に接するよう
にゲート絶縁膜７６２を形成する。なお、図１２（Ａ）
のＡ−Ａ’における断面図を図１２（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’
における断面図を図１２（Ｃ）に、Ｃ−Ｃ’における断
面図を図１２（Ｄ）に示す。

【０１０４】そしてゲート絶縁膜７６２上に導電性を有
する膜を成膜し、該導電膜をパターニングすることでゲ
ート電極７６３が形成されている。なおゲート電極７６
３は、ゲート絶縁膜７６２を間に挟んで、アイランド７
６１のチャネル形成領域７６４と重なっており、チャネ
ル形成領域７６４はアイランド７６１に含まれる２つの
不純物領域７６５に挟まれている。

【０１０５】そしてゲート電極７６３、アイランド７６
１及びゲート絶縁膜７６２を覆うように、第１の層間絶
縁膜７６６が形成されている。第１の層間絶縁膜７６６
は無機絶縁膜からなり、アイランド７６１にアルカリ金
属などのＴＦＴの特性に悪影響を与える物質が混入する
のを防ぐ効果がある。

【０１０６】そして、第１の層間絶縁膜７６６上に有機
樹脂からなる第２の層間絶縁膜７６７が形成されてい
る。そして第２の層間絶縁膜７６７、第１の層間絶縁膜
７６６及びゲート絶縁膜７６２は、エッチングにより開
口部が形成されており、該開口部を介して２つの不純物
領域７６５と、ゲート電極７６３とにそれぞれ接続され
た配線７６８、７６９が第２の層間絶縁膜７６７上に形
成されている。

【０１０７】本実施例においては、チャネル形成領域７
６４が複数形成されており、かつ複数のチャネル形成領
域が互いに分離しているので、チャネル形成領域のチャ
ネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴ
を駆動させることで発生した熱を効率的に放熱すること
ができる。

【０１０８】なお本実施例では凹底部に形成されたチャ
ネル形成領域を有するＴＦＴについて説明したが、凸上
部に形成されたチャネル形成領域を用いてＴＦＴを形成
するようにしても良い。

【０１０９】（実施例４）本実施例では、本発明のレー
ザー結晶化法を用いた、アクティブマトリクス基板の作
製方法について、図１３、図１４を用いて説明する。本
明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦ
Ｔ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成され
た基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。

【０１１０】まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガ
ラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスか
らなる基板６００を用いる。なお、基板６００として
は、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレ
ス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。
また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプ
ラスチック基板を用いてもよい。

【０１１１】次いで、基板６００上に酸化珪素膜、窒化
珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る絶縁
膜を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法等）により、１００〜３００nmの厚さで形成す
る。

【０１１２】次に、この絶縁膜に膜厚の厚い部分と薄い
部分を形成するために、本実施例では写真蝕刻（フォト
リソグラフィー）技術によりレジストのマスク６９３を
形成し、エッチング処理を施す。エッチング量によって
段差が決まるが、本実施例では概ね５０〜１００nmとす
る。例えば、１５０nm酸化窒化シリコン膜を７５nmエッ
チングするには、フッ酸を含む溶液を用いたウエットエ
ッチングを用いても良いし、ＣＦ₄を用いたドライエッ
チングなどを適用することができる。このよう、凸形状
が形成された絶縁膜６０１を形成する。このときレーザ
ー光の走査方向に対して垂直な方向における凸領域の幅
は、作製するＴＦＴの大きさを考慮して適宣決めれば良
いが、結晶核の生成数を制御する目的においては２〜６
μｍ程度の大きさ（直径若しくは対角線長さ）が好まし
い（図１３（Ａ））。

【０１１３】次いで、絶縁膜６０１上に、公知の手段
（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）に
より２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚
さで非晶質半導体膜６９２を形成する（図１３
（Ｂ））。なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜し
ているが、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜であっても
良い。また、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構
造を有する化合物半導体膜を用いても良い。

【０１１４】次に、非晶質半導体膜６９２をレーザー結
晶化法により結晶化させる。レーザー光の走査方向は、
絶縁膜６０１におけるストライプ状の凸部の延長方向に
平行になるようにする。なお、絶縁膜６０１における凸
部が、基板上から見たとき矩形である場合は、該矩形の
長辺方向または短辺方向と平行になるように、レーザー
光の走査方向を定める。具体的には、レーザー照射装置
のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、
選択的にレーザー光を照射する。もちろん、レーザー結
晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファ
ーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長す
る金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行っ
てもよい。なお本実施例では、スリットを用いてレーザ
ービームの幅を、絶縁膜の走査方向に対して垂直な方向
における幅に合わせて変える例を示すが、本発明はこれ
に限定されず、スリットは必ずしも用いる必要はない。

【０１１５】非晶質半導体膜の結晶化に際し、連続発振
が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第
４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることがで
きる。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ₄レーザー（基本波１０
６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５
５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振
のＹＶＯ₄レーザーから射出されたレーザー光を非線形
光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザー
光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ₄結晶と非線形光
学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そし
て、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕
円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。
このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃ
ｍ²程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要
である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度で
レーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射
する。

【０１１６】なおレーザー照射は、パルス発振または連
続発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いるこ
とができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、
Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザー
として、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレ
ーザー、ＹＡｌＯ₃レーザー、ガラスレーザー、ルビー
レーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファ
イアレーザー、Ｙ₂Ｏ₃レーザーなどが挙げられる。固体
レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃ
ｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、Ｙ
ＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶を使ったレーザー
等も使用可能である。またスラブレーザーも用いること
ができる。当該レーザーの基本波はドーピングする材料
によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー
光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素
子を用いることで得ることができる。

【０１１７】上述したレーザー結晶化によって、結晶性
が高められた結晶質半導体膜６９４が形成される（図１
３（Ｃ））。結晶質半導体膜は、エッジ間の中央付近近
傍において、粒界６９５が形成されやすい。

【０１１８】次に、結晶性が高められた結晶質半導体膜
６９４を所望の形状にパターニングして、結晶化された
アイランド６０２〜６０６を形成する（図１３
（Ｄ））。このとき、粒界６９５が形成されやすいエッ
ジ間の中央付近近傍を除去することで、アイランド６０
２〜６０６内における粒界の数を抑えることができる。

【０１１９】また、アイランド６０２〜６０６を形成し
た後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物
元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよ
い。

【０１２０】次いで、アイランド６０２〜６０６を用い
てＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な
作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的には
ゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成
する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うよう
に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホー
ルを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該
コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層
間絶縁膜上に配線を形成する。

【０１２１】図１４に、本実施例の半導体装置の断面図
を示す。アイランド６０２〜６０６にはチャネル形成領
域と、前記チャネル形成領域を挟んで存在する第１の不
純物領域と、前記第１の不純物領域とチャネル形成領域
との間に形成された第２の不純物領域とを有している。
第１の不純物領域における一導電型を付与する不純物の
濃度は、第２の不純物領域におけるその濃度よりも高く
なっている。そして、アイランド６０２〜６０６を覆っ
てゲート絶縁膜６０７が形成されており、前記ゲート絶
縁膜６０７上には、前記チャネル形成領域と重なるよう
にゲート電極６０８〜６１３と、ソース信号線６１４が
形成されている。さらに、ゲート電極６０８〜６１３
と、ソース信号線６１４を覆うようにゲート絶縁膜６０
７上に層間絶縁膜６１５が形成されている。

【０１２２】そして駆動回路６８６において、層間絶縁
膜６１５上には各不純物領域とそれぞれ電気的に接続す
る配線６６３〜６６７が形成されている。また、画素部
６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６
９、配線６６８を形成する。この配線６６８によりソー
ス信号線６１４は、画素ＴＦＴ６８４と電気的に接続さ
れる。

【０１２３】また図示してはいないが、ゲート配線６６
９は、画素ＴＦＴ６８４のゲート電極６１１、６１２と
電気的に接続されている。また、画素電極６７０は、画
素ＴＦＴの第１不純物領域と電気的な接続が形成され、
さらに保持容量６８５を形成する一方の電極として機能
するアイランド６０６と電気的な接続が形成される。ま
た本願では画素電極と配線とを同じ材料で形成している
が、画素電極６７０としてＡｌまたはＡｇを主成分とす
る膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を
用いても良い。

【０１２４】以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８
１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、
及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６
と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素
部６８７を同一基板上に形成することができる。こうし
て、アクティブマトリクス基板が完成する。保持容量６
８５は、ゲート絶縁膜６０７を誘電体として、電極６１
３と、アイランド６０６とで形成されている。

【０１２５】本実施例の画素は、遮蔽膜を用いることな
く、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の
端部をソース信号線と重なるように配置形成する。

【０１２６】なお本実施例では液晶表示装置に用いられ
るアクティブマトリクス基板の構成について説明した
が、本実施例の作製工程を用いて発光装置を作製するこ
ともできる。発光装置とは、基板上に形成された発光素
子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよ
び該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュー
ルを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加
えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminesc
ence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極
層と、陰極層とを有する。

【０１２７】なお発光素子は、正孔注入層、電子注入
層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独
で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材
料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの
層どうしが互いに一部混合していても良い。

【０１２８】なお、本発明は、サブミクロン単位の半導
体素子にも応用することができる。また本実施例では凹
底部において活性層を形成する例について示したが、凸
上部において活性層を形成するようにしても良い。

【０１２９】本実施例は、実施例１〜実施例３と組み合
わせて実施することが可能である。

【０１３０】（実施例５）本実施例では、半導体膜の結
晶化に際し、レーザー光の照射の工程と、触媒を用いて
半導体膜を結晶化させる工程とを組み合わせた例につい
て説明する。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０
６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示され
た技術を用いることが望ましい。

【０１３１】まず、図１５（Ａ）に示すように基板５０
０上に、凸部５０２を有する絶縁膜５０１を形成する。
そして該絶縁膜５０１上に半導体膜５０３を形成する。

【０１３２】次に触媒元素を用いて半導体膜５０３を結
晶化させる（図１５（Ｂ））。例えば特開平７−１３０
６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量
換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液
を半導体膜５０３に塗布してニッケル含有層５０４を形
成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６
５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処
理を行い、結晶性が高められた半導体膜５０５を形成す
る。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以
外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といっ
た元素を用いても良い。

【０１３３】そして、レーザー光照射により、ＮｉＳＰ
Ｃにより結晶化された半導体膜５０５から、結晶性がさ
らに高められた半導体膜５０６が形成される。レーザー
光照射により得られた半導体膜５０６は触媒元素を含ん
でおり、レーザー光照射後にその触媒元素を半導体膜５
０６から除去する工程（ゲッタリング）を行う。ゲッタ
リングは特開平１０−１３５４６８号公報または特開平
１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いる
ことができる。

【０１３４】具体的には、レーザー照射後に得られる半
導体膜５０６の一部にリンを添加した領域５０７を形成
する。窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時
間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行う。すると
半導体膜５０６のリンが添加された領域５０７が、ゲッ
タリングサイトとして働き、半導体膜５０６中に存在す
る触媒元素を、リンが添加された５０７領域に偏析させ
ることができる（図１５（Ｄ））。

【０１３５】その後、半導体膜５０６のリンが添加され
た５０７領域をパターニングにより除去することで、触
媒元素の濃度を１×１０¹⁷atoms/cm³以下好ましくは１
×１０¹⁶atoms/cm³程度にまで低減されたアイランド５
０８を得ることができる（図１５（Ｅ））。

【０１３６】なお、結晶化前の半導体膜に触媒元素を含
む溶液を塗布した後に、ＳＰＣではなく、レーザー光の
照射により結晶成長を行うようにしても良い。

【０１３７】本実施例は実施例１〜４と組み合わせて実
施することが可能である。

【０１３８】（実施例６）本実施例では、複数のレーザ
ービームを重ね合わせることで合成される、レーザービ
ームの形状について説明する。

【０１３９】図１６（Ａ）に、複数のレーザー発振装置
からそれぞれ発振されるレーザー光の、スリットを介さ
ない場合の被処理物におけるレーザービームの形状の一
例を示す。図１６（Ａ）に示したレーザービームは楕円
形状を有している。なお本発明において、レーザー発振
装置から発振されるレーザー光のレーザービームの形状
は、楕円に限定されない。レーザービームの形状はレー
ザーの種類によって異なり、また光学系により成形する
こともできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマ
レーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３
０８から射出されたレーザー光の形状は、１０ｍｍ×３
０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩
形状である。また、ＹＡＧレーザーから射出されたレー
ザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状とな
り、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザ
ー光を光学系により、さらに成形することにより、所望
の大きさのレーザー光をつくることもできる。

【０１４０】図１６（Ｂ）に図１６（Ａ）に示したレー
ザービームの長軸Ｙ方向におけるレーザー光のエネルギ
ー密度の分布を示す。図１６（Ａ）に示すレーザービー
ムは、図１６（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値
の１／ｅ²のエネルギー密度を満たしている領域に相当
する。レーザービームが楕円形状であるレーザー光のエ
ネルギー密度の分布は、楕円の中心Ｏに向かうほど高く
なっている。このように図１６（Ａ）に示したレーザー
ビームは、中心軸方向におけるエネルギー密度がガウス
分布に従っており、エネルギー密度が均一だと判断でき
る領域が狭くなる。

【０１４１】次に、図１６（Ａ）に示したレーザービー
ムを有するレーザー光を合成したときの、レーザービー
ムの形状を、図１６（Ｃ）に示す。なお図１６（Ｃ）で
は４つのレーザー光のレーザービームを重ね合わせるこ
とで１つの線状のレーザービームを形成した場合につい
て示しているが、重ね合わせるレーザービームの数はこ
れに限定されない。

【０１４２】図１６（Ｃ）に示すように、各レーザー光
のレーザービームは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ
互いにレーザービームの一部が重なることで合成され、
１つのレーザービーム３６０が形成されている。なお以
下、各楕円の中心Ｏを結ぶことで得られる直線をレーザ
ービーム３６０の中心軸とする。

【０１４３】図１６（Ｄ）に、図１６（Ｄ）に示した合
成後のレーザービームの、中心軸ｙ方向におけるレーザ
ー光のエネルギー密度の分布を示す。なお、図１６
（Ｃ）に示すレーザービームは、図１６（Ｂ）における
エネルギー密度のピーク値の１／ｅ²のエネルギー密度
を満たしている領域に相当する。合成前の各レーザービ
ームが重なり合っている部分において、エネルギー密度
が加算される。例えば図示したように重なり合ったビー
ムのエネルギー密度Ｅ１とＥ２を加算すると、ビームの
エネルギー密度のピーク値Ｅ３とほぼ等しくなり、各楕
円の中心Ｏの間においてエネルギー密度が平坦化され
る。

【０１４４】なお、Ｅ１とＥ２を加算するとＥ３と等し
くなるのが理想的だが、現実的には必ずしも等しい値に
はならない。Ｅ１とＥ２を加算した値とＥ３との値のず
れの許容範囲は、設計者が適宜設定することが可能であ
る。

【０１４５】レーザービームを単独で用いると、エネル
ギー密度の分布がガウス分布に従っているので、絶縁膜
の平坦な部分に接している半導体膜またはアイランドと
なる部分全体に均一なエネルギー密度のレーザー光を照
射することが難しい。しかし、図１６（Ｄ）からわかる
ように、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密
度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数
のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、
エネルギー密度が均一な領域が拡大され、半導体膜の結
晶性を効率良く高めることができる。

【０１４６】なお、計算によって求めた図１６（Ｃ）の
Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度の分布を、
図１７に示す。なお、図１７は、合成前のレーザービー
ムの、ピーク値の１／ｅ²のエネルギー密度を満たして
いる領域を基準としている。合成前のレーザービームの
短軸方向の長さを３７μm、長軸方向の長さを４１０μm
とし、中心間の距離を１９２μmとしたときの、Ｂ−
Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度は、それぞれ図
１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すような分布を有してい
る。Ｂ−Ｂ’の方がＣ−Ｃ’よりも弱冠小さくなってい
るが、ほぼ同じ大きさとみなすことができ、合成前のレ
ーザービームのピーク値の１／ｅ²のエネルギー密度を
満たしている領域における、合成されたレーザービーム
の形状は、線状と言い表すことができる。

【０１４７】図１８（Ａ）は、合成されたレーザービー
ムのエネルギー分布を示す図である。３６１で示した領
域はエネルギー密度が均一な領域であり、３６２で示し
た領域はエネルギー密度が低い領域である。図１８にお
いて、レーザービームの中心軸方向の長さをＷ_TBWと
し、エネルギー密度が均一な領域３６１における中心軸
方向の長さをＷ_maxとする。Ｗ_TBWがＷ_maxに比べて大き
くなればなるほど、結晶化に用いることができるエネル
ギー密度が均一な領域３６１に対する、半導体膜の結晶
化に用いることができないエネルギー密度が均一ではな
い領域３６２の割合が大きくなる。エネルギー密度が均
一ではない領域３６２のみが照射された半導体膜は、微
結晶が生成し結晶性が芳しくない。よって半導体膜のア
イランドとなる領域と、領域３６２のみを重ねないよう
に、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトを定める必
要が生じ、領域３６１に対する領域３６２の比率が高く
なるとその制約はさらに大きくなる。よってスリットを
用いて、エネルギー密度が均一ではない領域３６２のみ
が絶縁膜の凹部または凸部上に形成された半導体膜に照
射されるのを防ぐことは、走査経路及び絶縁膜の凹凸の
レイアウトの際に生じる制約を小さくするのに有効であ
る。

【０１４８】本実施例は実施例１〜５と組み合わせて実
施することが可能である。

【０１４９】（実施例７）本実施例では、本発明に用い
られるレーザー照射装置の光学系と、各光学系とスリッ
トとの位置関係について説明する。

【０１５０】図１９は、レーザービームを４つ合成して
１つのレーザービームにする場合の光学系を示してい
る。図１９に示す光学系は、６つのシリンドリカルレン
ズ４１７〜４２２を有している。矢印の方向から入射し
た４つのレーザー光は、４つのシリンドリカルレンズ４
１９〜４２２のそれぞれに入射する。そしてシリンドリ
カルレンズ４１９、４２１において成形された２つのレ
ーザー光は、シリンドリカルレンズ４１７において再び
そのレーザービームの形状が成形されて、スリット４２
４を通って被処理物４２３に照射される。一方シリンド
リカルレンズ４２０、４２２において成形された２つの
レーザー光は、シリンドリカルレンズ４１８において再
びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット４
２４を通って被処理物４２３に照射される。

【０１５１】被処理物４２３における各レーザー光のレ
ーザービームは、互いに一部重なることで合成されて１
つのレーザービームを形成している。

【０１５２】各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が
適宜設定することが可能であるが、被処理物４２３に最
も近いシリンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離
は、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距離よ
りも小さくする。例えば、被処理物４２３に最も近いシ
リンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離を２０ｍ
ｍとし、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距
離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４
１７、４１８から被処理物４２３へのレーザー光の入射
角は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ
４１９〜４２２からシリンドリカルレンズ４１７、４１
８へのレーザー光の入射角を１０°とするように各レン
ズを設置する。なお、戻り光を防ぎ、また均一な照射を
行なうために、レーザー光の基板への入射角度を０°よ
り大きく、望ましくは５〜３０°に保つのが望ましい。

【０１５３】図１９では、４つのレーザービームを合成
する例について示しており、この場合４つのレーザー発
振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４つ
と、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシ
リンドリカルレンズとを有している。合成するレーザー
ビームの数はこれに限定されず、合成するレーザービー
ムの数は２以上８以下であれば良い。ｎ（ｎ＝２、４、
６、８）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザ
ー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレン
ズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応するｎ／２の
シリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝３、
５、７）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザ
ー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレン
ズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応する（ｎ＋
１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。

【０１５４】そして、レーザービームを５つ以上重ね合
わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮す
ると、５つ目以降のレーザー光は基板の反対側から照射
するのが望ましく、その場合スリットを基板の反対側に
も設ける必要がある。また、基板は透過性を有している
ことが必要である。

【０１５５】なお、戻り光がもときた光路をたどって戻
るのを防ぐために、基板に対する入射角は、０より大き
く９０°より小さくなるように保つようにするのが望ま
しい。

【０１５６】また、均一なレーザー光の照射を実現する
ためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の
各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺
を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と
定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に
含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射
面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を
有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）
を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレー
ザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光
の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射
面に射影したもの入射角度をθとする。この入射角度θ
でレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光
と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様な
レーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、
基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率
が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると
上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られ
る。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端の
エネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響
は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得ら
れる。上記のθに対する不等式は、基板がレーザビーム
に対して透光性のあるもの以外には適用されない。

【０１５７】なお本発明に用いられるレーザー照射装置
が有する光学系は、本実施例で示した構成に限定されな
い。

【０１５８】本実施例は実施例１〜６と組み合わせて実
施することが可能である。

【０１５９】（実施例８）楕円形状のレーザービームを
有するレーザー光は、走査方向と垂直な方向におけるエ
ネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、エ
ネルギー密度の低い領域の全体に占める割合が、矩形ま
たは線形のレーザービームを有するレーザー光に比べて
高い。そのため本発明では、レーザー光のレーザービー
ムが、エネルギー密度の分布が比較的均一な矩形または
線形であることが望ましい。

【０１６０】矩形または線形のレーザービームを得られ
るガスレーザーとして代表的なのはエキシマレーザーで
あり、固体レーザーとして代表的なのはスラブレーザー
である。本実施例では、スラブレーザーについて説明す
る。

【０１６１】図２０（Ａ）にスラブ型のレーザー発振装
置の構成を一例として示す。図２０（Ａ）に示すスラブ
型のレーザー発振装置は、ロッド７５００と、反射ミラ
ー７５０１と、出射ミラー７５０２と、シリンドリカル
レンズ７５０３を有している。

【０１６２】ロッド７５００に励起光を照射すると、ロ
ッド７５００内のジグザグの光路をたどって、反射ミラ
ー７５０１または出射ミラー７５０２側にレーザー光が
出射する。反射ミラー７５０１側に出射したレーザー光
は、反射されて再びロッド７５００内に入射し、出射ミ
ラー７５０２側に出射する。ロッド７５００は板状のス
ラブ媒質を用いたスラブ式であり、出射段階で比較的長
い矩形または線形のレーザービームを形成することがで
きる。そして、出射したレーザー光はシリンドリカルレ
ンズ７５０３においそのレーザービームの形状がより細
くなるよう加工され、レーザー発振装置から出射され
る。

【０１６３】次に、スラブ型のレーザー発振装置の、図
２０（Ａ）に示したものとは異なる構成を、図２０
（Ｂ）に示す。図２０（Ｂ）では、図２０（Ａ）に示し
たレーザー発振装置に、シリンドリカルレンズ７５０４
を追加したものであり、シリンドリカルレンズ７５０４
によって、レーザービームの長さを制御することができ
る。

【０１６４】なおコヒーレント長が１０ｃｍ以上、好ま
しくは１ｍ以上であると、レーザービームをより細くす
ることができる。

【０１６５】また、ロッド７５００の温度が過剰に上昇
するのを防ぐために、例えば冷却水を循環させるなど、
温度の制御をする手段を設けるようにしても良い。

【０１６６】図２０（Ｃ）に、シリンドリカルレンズの
形状の、一実施例を示す。７５０９は本実施例のシリン
ドリカルレンズであり、ホルダー７５１０により固定さ
れている。そしてシリンドリカルレンズ７５０９は、円
柱面と矩形の平面とが互いに向き合った形状を有してお
り、円柱面の２本の母線と、向かい合った矩形の２本の
辺とが互いに全て平行である。そして、円柱面の２つの
母線と、平行な該２つの辺とでそれぞれ形成される２つ
の面は、該矩形の平面と０より大きく９０°よりも小さ
い角度で交わっている。このように平行な該２つの辺と
でそれぞれ形成される２つの面は、該矩形の平面と９０
°未満の角度で交わることで、９０°以上のときと比べ
て焦点距離を短くすることができ、よりレーザービーム
の形状を細くし、線形に近づけることができる。

【０１６７】本実施例は、実施例１〜７と組み合わせて
実施することが可能である。

【０１６８】（実施例９）本実施例では、レーザービー
ムを重ね合わせたときの、各レーザービームの中心間の
距離と、エネルギー密度との関係について説明する。

【０１６９】図２１に、各レーザービームの中心軸方向
におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレ
ーザービームのエネルギー密度の分布を破線で示す。レ
ーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の値
は、一般的にガウス分布に従っている。

【０１７０】合成前のレーザービームにおいて、ピーク
値の１／ｅ²以上のエネルギー密度を満たしている中心
軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸ
とする。また、合成されたビームスポットにおいて、合
成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値
の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸとＹ
の関係を、図２２に示す。なお図２２では、Ｙを百分率
で表した。

【０１７１】図２２において、エネルギー差Ｙは以下の
式１の近似式で表される。

【０１７２】

【式１】Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ²（Ｘは２つの
解のうち大きい方とする）

【０１７３】式１に従えば、例えばエネルギー差を５％
程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４となるようにすれば
良いということがわかる。Ｙ＝０となるのが理想的だ
が、それではビームスポットの長さが短くなるので、ス
ループットとのバランスでＸを決定すると良い。

【０１７４】次に、Ｙの許容範囲について説明する。図
２３に、レーザービームが楕円形状を有している場合
の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ₄レー
ザーの出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良
好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲で
あり、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザー光の出
力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。

【０１７５】合成後のビームスポットの出力エネルギー
の最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な
出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶
性が得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図２
３の場合は、エネルギー差Ｙが±２６．３％となり、上
記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶性
が得られることがわかる。

【０１７６】なお、良好な結晶性を得るために必要な出
力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判
断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布も
レーザービームの形状によって変わってくるので、エネ
ルギー差Ｙの許容範囲は必ずしも上記値に限定されな
い。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エ
ネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザーの出力エネ
ルギーの分布からエネルギー差Ｙの許容範囲を設定する
必要がある。

【０１７７】本実施例は、実施例１〜８と組み合わせて
実施することが可能である。

【０１７８】（実施例１０）本発明は様々な半導体装置
に適用できるものであり、実施例１〜９に基づいて作製
される表示パネルの形態を図２４と図２５を用いて説明
する。

【０１７９】図２４は基板９０１には画素部９０２、ゲ
ート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側
駆動回路９０１ｃ、入出力端子部９０８、配線又は配線
群９０４が備えられている。シールドパターン９０５は
ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号
側駆動回路９０１ｃ及び当該駆動回路部と入出力端子部
９０８とを接続する配線又は配線群９０４と一部が重な
っていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁
領域（画素部の周辺領域）の面積を縮小させることがで
きる。入出力端子部９０８には、ＦＰＣ９０３が固着さ
れている。

【０１８０】本発明は、画素部９０２、ゲート信号側駆
動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０
１ｃを構成する能動素子に用いることができる。

【０１８１】図２５は図２４で示す画素部９０２の一画
素の構成を示す一例であり、ＴＦＴ８０１〜８０３が備
えられている。これらは、画素に備える発光素子や液晶
素子を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、
駆動用のＴＦＴである。

【０１８２】これらのＴＦＴの活性層８１２〜８１４
は、その下層に形成されている絶縁膜の凹部８１０、８
１１のエッジと、エッジ間の中央付近との間に配置され
ている。活性層８１２〜８１４の上層には、ゲート配線
８１５〜８１７が形成され、パッシベーション膜及び平
坦化膜を介してデータ線８１９、電源線８２０、その他
各種配線８２１、８２２、及び画素電極８２３が形成さ
れている。

【０１８３】なお本実施例では凹底部に形成されたアイ
ランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成され
たアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良
い。

【０１８４】本実施例は、実施例１〜実施例９と自由に
組み合わせて実施することが可能である。

【０１８５】（実施例１１）本発明を用いて作製される
ＴＦＴを搭載した半導体装置は、様々な電子機器への適
用が可能である。その一例は、携帯情報端末(電子手
帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ
受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。そ
れら電子機器の具体例を図２６に示す。

【０１８６】図２６（Ａ）は表示装置であり、筐体２０
０１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部
２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の
半導体装置を表示部２００３に用いることで、本発明の
表示装置が完成する。発光装置は自発光型であるためバ
ックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表
示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン
用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示
用表示装置が含まれる。

【０１８７】図２６（Ｂ）はデジタルスチルカメラであ
り、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、
操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッタ
ー２１０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２１
０２に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが
完成する。

【０１８８】図２６（Ｃ）はノート型パーソナルコンピ
ュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２
２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０
５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の
半導体装置を表示部２２０３に用いることで、本発明の
ノート型パーソナルコンピュータが完成する。

【０１８９】図２６（Ｄ）はモバイルコンピュータであ
り、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０
３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含
む。本発明の半導体装置を表示部２３０２に用いること
で、本発明のモバイルコンピュータが完成する。

【０１９０】図２６（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の
画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本
体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部
Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０
５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含
む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表
示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。なお、
記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器な
ども含まれる。本発明の半導体装置を表示部Ａ、Ｂ２４
０３、２４０４に用いることで、本発明の画像再生装置
が完成する。

【０１９１】図２６（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ
（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０
１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明
の半導体装置を表示部２５０２に用いることで、本発明
のゴーグル型ディスプレイが完成する。

【０１９２】図２６（Ｇ）はビデオカメラであり、本体
２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポ
ート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０
６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キ
ー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体
装置を表示部２６０２に用いることで、本発明のビデオ
カメラが完成する。

【０１９３】ここで図２６（Ｈ）は携帯電話であり、本
体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力
部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、
外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。
なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示
することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。
本発明の半導体装置を表示部２７０３に用いることで、
本発明の携帯電話が完成する。

【０１９４】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能であ
る。また、本実施例は実施例１〜１０に示したいずれの
構成とも組み合わせて実施することが可能である。

【０１９５】（実施例１２）本実施例では、本発明の半
導体装置の構成について説明する。図２７に本実施例の
半導体装置の断面図を示す。

【０１９６】基板７００上に凸部７０１ａ、７０１ｂを
有する第１の絶縁膜７０１が形成されている。そして、
第１の絶縁膜７０１上に第１のＴＦＴ７０２が形成され
ている。なお、第１のＴＦＴ７０２のアイランドは、凸
部７０１ａと７０１ｂとで形成される凹部のエッジと、
該エッジ間の中央付近近傍との間における第１の絶縁膜
７０１上に形成されている。

【０１９７】第１のＴＦＴ７０２を覆うように第１の層
間絶縁膜７０３が形成されており、第１の層間絶縁膜７
０３上に、第１の接続配線７０５と、第１のＴＦＴ７０
２に電気的に接続されている配線７０４とが形成されて
いる。

【０１９８】そして、配線７０４、第１の接続配線７０
５を覆うように、第２の層間絶縁膜７０６が形成されて
いる。第２の層間絶縁膜７０６は無機の絶縁膜で形成さ
れており、その上面は化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）を
用いて研磨しておくと、後に形成される第２の絶縁膜が
より平坦化され、第２の絶縁膜上に形成される半導体膜
をレーザー光により結晶化するときに、その結晶性をよ
り高めることができる。

【０１９９】そして第２の層間絶縁膜７０６上に第２の
絶縁膜７０７が形成されている。第２の絶縁膜７０７は
凸部７０７ａを有している。そして、第２の絶縁膜７０
７上に第２のＴＦＴ７０８が形成されている。なお、第
２のＴＦＴ７０８のアイランドは、凸部７０７ａで形成
される凹部のエッジと、該エッジと他方のエッジ（図示
せず）間の中央付近近傍との間における第２の絶縁膜７
０７上に形成されている。

【０２００】第２のＴＦＴ７０８を覆うように第３の層
間絶縁膜７０９が形成されており、第３の層間絶縁膜７
０９上に、第２の接続配線７１１と、第２のＴＦＴ７０
８に電気的に接続されている配線７１０とが形成されて
いる。なお、第１の接続配線７０５と第２の接続配線７
１１との間にはダマシンプロセス等によって埋め込み配
線（プラグ）７１２が形成されている。

【０２０１】そして、配線７１０、第２の接続配線７１
１を覆うように、第４の層間絶縁膜７１３が形成されて
いる。

【０２０２】本実施例では、第１のＴＦＴ７０２と第２
のＴＦＴ７０８とを、層間絶縁膜を介して重ね合わせる
ことができる、所謂スタック構造を有している。本実施
例のスタック構造を有するＴＦＴを用い、ＬＳＩを用い
たＣＰＵ、各種ロジック回路の記憶素子（例えばＳＲＡ
Ｍ）、カウンタ回路、分周回路ロジック等を形成するこ
とができる。

【０２０３】なお本実施例では凹底部に形成されたアイ
ランドを用いてＴＦＴを形成したが、凸上部に形成され
たアイランドを用いてＴＦＴを形成するようにしても良
い。

【０２０４】本実施例は、実施例１〜１１と自由に組み
合わせて実施することが可能である。

【０２０５】（実施例１３）本実施例では、楕円形のレ
ーザービームを複数合成して形成された線状のレーザー
ビームにおける、エネルギー密度の分布について説明す
る。

【０２０６】図２８に、長径が４００μm、短径が４０
μmの楕円形のレーザービームを２つ重ね合わせたとき
の、１/e²幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グ
ラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表される。隣り
合うビームの中心間の距離は、0.255ｍｍである。

【０２０７】また、図２９に、長径が４００μm、短径
が４０μmの楕円形のレーザービームを４つ重ね合わせ
たときの、１/e²幅におけるエネルギー密度の分布を示
す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表され
る。隣り合うビームの中心間の距離は、0.255ｍｍであ
る。

【０２０８】また、図３０に、長径が４００μm、短径
が４０μmの楕円形のレーザービームを４つ重ね合わせ
たときの、１/e²幅におけるエネルギー密度の分布を示
す。グラフの中にある数字はすべて単位ｍｍで表され
る。隣り合うビームの中心間の距離は、0.215ｍｍであ
る。

【０２０９】楕円形状のレーザービームでは中心線方向
におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従ってい
る。一方、複数の楕円形のレーザービームを重ね合わせ
ることで形成されるレーザービームは、図２８、図２
９、図３０に示したように、中心線方向におけるエネル
ギー密度の分布が一定の高さ以上において波形を有して
おり、楕円形状のレーザービームと異なり中心線方向に
おけるエネルギー密度が比較的均一で、線状になってい
るといえる。

【０２１０】このような線状のエネルギー分布を有する
レーザービームを、本発明に適用することで、均一な結
晶性を有するアイランドを形成することができる。

【０２１１】本実施例は、実施例１〜実施例１２と自由
に組み合わせて実施することが可能である。

【０２１２】（実施例１４）本実施例では、連続発振の
レーザー光の照射により、半導体膜中に取り込まれる酸
素、窒素、炭素、ボロンの濃度について説明する。

【０２１３】まず酸化窒化珪素からなる絶縁膜上に非晶
質珪素膜を１５００Åの膜厚になるように成膜し、該非
晶質珪素膜に酢酸ニッケル塩溶液を塗布して５００〜６
５０℃で加熱する。その後、連続発振のレーザー光を用
いて結晶化させ、結晶質珪素膜（poly-Si）を成膜す
る。なお、レーザー光の照射はクリーンルーム内の大気
雰囲気下で行った。なお、該結晶質珪素膜の表面には、
自然と薄い酸化膜（自然酸化膜）が形成される。そして
該結晶質珪素膜及び薄い自然酸化膜を覆って非晶質珪素
膜を成膜する。

【０２１４】この状態で、二次イオン質量分析法（ＳＩ
ＭＳ）にて測定した、酸素、窒素、炭素、ボロンの各原
子濃度のプロファイルを図３１〜図３４に示す。

【０２１５】図３１にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あ
るいは非晶質珪素膜中の酸素濃度のプロファイルを示
す。縦軸は酸素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さ
を示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを
行った場合の酸素濃度であり、破線はレーザー光を照射
するプロセスを行なわなかった場合の酸素濃度である。
加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイ
オン強度も示した。レーザー光照射後の酸素の濃度は、
２×１０¹⁹atoms/cm³以下である。図３１に示すとお
り、レーザー光の照射により、珪素膜中の酸素濃度が高
まったことがわかる。

【０２１６】図３２にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あ
るいは非晶質珪素膜中の窒素濃度のプロファイルを示
す。縦軸は窒素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さ
を示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを
行った場合の窒素濃度であり、破線はレーザー光を照射
するプロセスを行なわなかった場合の窒素濃度である。
加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイ
オン強度も示した。レーザー光照射後の窒素の濃度は、
１×１０¹⁹atoms/cm³以下である。図３２に示すとお
り、レーザー光の照射により、珪素膜中の窒素濃度が高
まったことがわかる。

【０２１７】図３３にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あ
るいは非晶質珪素膜中の炭素濃度のプロファイルを示
す。縦軸は炭素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さ
を示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを
行った場合の炭素濃度であり、破線はレーザー光を照射
するプロセスを行なわなかった場合の炭素濃度である。
加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイ
オン強度も示した。レーザー光照射後の炭素の濃度は、
５×１０¹⁸atoms/cm³以下である。図３３に示すとお
り、レーザー光の照射により、珪素膜中の炭素濃度が高
まったことがわかる。

【０２１８】図３４にＳＩＭＳにて測定した、結晶質あ
るいは非晶質珪素膜中のボロン濃度のプロファイルを示
す。縦軸はボロンの原子濃度、横軸は試料表面からの深
さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセス
を行った場合のボロン濃度であり、破線はレーザー光を
照射するプロセスを行なわなかった場合のボロン濃度で
ある。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコ
ンのイオン強度も示した。図３４からは、レーザー光の
照射により、珪素膜中のボロン濃度が弱冠高まっている
ようにも見えるが、いずれにしろレーザー照射前も照射
後も、ＳＩＭＳで測定される最低濃度以下であり、ごく
微量である。

【０２１９】（実施例１５）本実施例では、絶縁膜の形
状と、その上に形成される半導体膜の膜厚との関係につ
いて説明する。

【０２２０】図３５（Ａ）に、凸部９５０ａを有する絶
縁膜９５０と、その上に形成された半導体膜９５１が示
されている。なお半導体膜９５１はレーザー光により結
晶化された後の状態を示している。

【０２２１】図３５（Ａ）に示すように、凸部９５０ａ
の上に位置する半導体膜９５１の膜厚Ｈｔは、凸部９５
０ａ間の凹部上に位置する半導体膜９５１の膜厚Ｈｂに
比べて薄くなっている。これは、レーザー光の照射によ
り一次的に溶解した半導体膜が凹部に移動するからだと
考えられる。そのため、レーザー光の照射後は、半導体
膜９５１の表面もある程度平坦化されるのではないかと
考えられる。

【０２２２】図３５（Ｂ）に凸部９６０ａを有する絶縁
膜９６０と、その上に形成された表面が平らな半導体膜
９６１が示されている。図３５（Ａ）では半導体膜９５
１の表面にも凹凸が形成されているが、図３５（Ｂ）で
は凹凸がレーザー光の照射により平坦化されてしまって
いる。

【０２２３】図３５（Ｃ）に、レーザー光の走査方向に
対して垂直な方向において、凸部の幅Ｗｔが凹部の幅Ｗ
ｂよりも広くなっている絶縁膜の断面図を示す。凸部上
に位置する半導体膜の結晶性の優れている部分をＴＦＴ
の活性層として用いる場合、図３５（Ｃ）に示すよう
に、凸部の幅Ｗｔが凹部の幅Ｗｂよりも広くなっている
方が、アイランドのレイアウトの制約がより少なくなる
ので好ましい。

【０２２４】本実施例は、実施例１〜実施例１４と自由
に組み合わせて実施することが可能である。

【０２２５】

【発明の効果】本発明では、レーザー光による結晶化の
後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中央付近近
傍をパターニングにより除去し、凹部または凸部のエッ
ジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付近との間
の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部
分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦ
Ｔのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐこと
ができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下した
り、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりする
のを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸
部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設
計者が適宜定めることができる。

【０２２６】また、半導体膜全体にレーザー光を走査し
て照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を
最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上記
構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングに
より除去される部分にレーザー光を照射する時間を省く
ことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に
短縮することができる。

【０２２７】また、複数のレーザー光を重ね合わせてエ
ネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにするこ
とで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用い
るよりも、半導体膜の結晶性を効率良く高めることがで
きる。

【０２２８】なお、絶縁膜に凹凸を形成するのではな
く、エッチングにより基板自体に凹凸を設けることで、
その上に形成される半導体膜の粒界の位置を制御するよ
うにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レーザー光を照射した時の、半導体膜にお
ける結晶成長の方向を示す図。

【図２】 半導体膜にレーザー光を照射している様子
を示す図

【図３】 結晶化された半導体膜をパターニングする
ことで形成されたアイランドの図。

【図４】 図３に示したアイランドを用いて形成され
たＴＦＴの構造を示す図。

【図５】 本発明の生産システムのフローチャートを
示す図。

【図６】 レーザー照射装置の図。

【図７】 レーザー照射装置の図。

【図８】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。

【図９】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。

【図１０】 互いに分離するアイランドを用いて形成さ
れるＴＦＴの図。

【図１１】 凹凸を有する絶縁膜の形状を示す図。

【図１２】 図１１（Ｂ）に示した絶縁膜を用いて形成
されたＴＦＴの上面図及び断面図。

【図１３】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示
す図。

【図１４】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示
す図。

【図１５】 触媒金属を用いた半導体膜の結晶化の方法
を示す図。

【図１６】 レーザービームのエネルギー密度の分布
を示す図。

【図１７】 レーザービームのエネルギー密度の分布
を示す図。

【図１８】 レーザービームのエネルギー密度の分布
を示す図。

【図１９】 光学系の図。

【図２０】 光学系の図。

【図２１】 重ね合わせたレーザービームの中心軸方向
におけるエネルギー密度の分布を示す図。

【図２２】 レーザービームの中心間の距離とエネルギ
ー差の関係を示す図。

【図２３】 レーザービームの中心軸方向における出力
エネルギーの分布を示す図。

【図２４】 本発明の半導体装置の一例である発光装置
の構造を示す図。

【図２５】 本発明の半導体装置の一例である発光装置
の画素の構造を示す図。

【図２６】 本発明の半導体装置を用いた電子機器の
図。

【図２７】 スタック構造を有するＴＦＴの断面図。

【図２８】 ２つのレーザービームを合成することで得
られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す
図。

【図２９】 ４つのレーザービームを合成することで得
られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す
図。

【図３０】 ４つのレーザービームを合成することで得
られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す
図。

【図３１】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の酸素
濃度のプロファイル。

【図３２】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の窒素
濃度のプロファイル。

【図３３】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の炭素
濃度のプロファイル。

【図３４】 レーザー光で結晶化された珪素膜中のボロ
ン濃度のプロファイル。

【図３５】 凹凸を有する絶縁膜と、その上に形成され
た半導体膜の断面図。

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 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ｃ ６２６Ｃ (72)発明者 柴田 寛 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 小久保 千穂 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 荒尾 達也 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 早川 昌彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 宮入 秀和 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 下村 明久 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 田中 幸一郎 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 秋葉 麻衣 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Ｆターム(参考） 2H092 JA24 KA04 KA05 MA05 MA08 MA12 MA18 MA27 MA30 NA24 NA27 NA29 5F052 AA02 AA17 AA24 BA02 BA04 BA07 BA11 BA15 BB01 BB02 BB04 BB05 BB07 CA07 DA01 DA02 DA03 DB02 DB03 DB07 EA11 EA16 FA06 FA13 FA19 JA04 5F110 AA06 AA30 BB01 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 DD15 DD21 GG01 GG02 GG13 GG22 GG23 GG25 GG30 GG32 GG43 GG45 GG47 NN03 NN72 NN73 PP02 PP03 PP05 PP06 PP07 PP29 PP34 PP36 QQ01 QQ19 QQ28

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、 前記絶縁膜の、凹底部の中央付近と前記凹底部のエッジ
   との間上に形成された結晶性半導体膜を有する薄膜トラ
   ンジスタと、を含む半導体装置であって、 前記結晶性半導体膜はチャネル形成領域を有し、 該チャネル形成領域は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手
   方向に沿って延在していることを特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜
   と、 前記絶縁膜の、複数の各凹底部の中央付近と前記各凹底
   部のエッジとの間上の複数のチャネル形成領域を有する
   結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、を含む半
   導体装置であって、 前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおか
   つ、前記複数の各凹底部にまたがって形成された該結晶
   性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置し
   ており、 前記複数の各チャネル形成領域は、前記矩形又は縞状の
   凹凸の長手方向に沿って延在していることを特徴とする
   半導体装置。
3. 【請求項３】複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜
   と、 前記絶縁膜の、複数の各凹底部の中央付近と前記各凹底
   部のエッジとの間上の複数のチャネル形成領域を有する
   結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、を含む半
   導体装置であって、 前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおか
   つ、前記複数の各凹底部にまたがって形成された該結晶
   性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置し
   ており、 前記複数の各チャネル形成領域は、前記矩形又は縞状の
   凹凸の長手方向に沿って並列に延在していることを特徴
   とする半導体装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項において、
   前記絶縁膜は、レーザー光の走査方向に対して垂直な方
   向において、凹底部の幅が凸上部の幅よりも広いことを
   特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項において、
   前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凹
   底部の幅が凸上部の幅の３倍以上であることを特徴とす
   る半導体装置。
6. 【請求項６】矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、 前記絶縁膜の、凸上部の中央付近と前記凸上部のエッジ
   との間上に形成された結晶性半導体膜を有する薄膜トラ
   ンジスタと、を含む半導体装置であって、 前記結晶性半導体膜はチャネル形成領域を有し、 該チャネル形成領域は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手
   方向に沿って延在していることを特徴とする半導体装
   置。
7. 【請求項７】複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜
   と、 前記絶縁膜の、複数の各凸上部の中央付近と前記各凸上
   部のエッジとの間上の複数のチャネル形成領域を有する
   結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、を含む半
   導体装置であって、 前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおか
   つ、前記複数の各凸上部にまたがって形成された該結晶
   性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置し
   ており、 前記複数の各チャネル形成領域は、前記矩形又は縞状の
   凹凸の長手方向に沿って延在していることを特徴とする
   半導体装置。
8. 【請求項８】複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜
   と、 前記絶縁膜の、複数の各凸上部の中央付近と前記各凸上
   部のエッジとの間上の複数のチャネル形成領域を有する
   結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、を含む半
   導体装置であって、 前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおか
   つ、前記複数の各凸上部にまたがって形成された該結晶
   性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置し
   ており、 前記複数の各チャネル形成領域は、前記矩形又は縞状の
   凹凸の長手方向に沿って並列に延在していることを特徴
   とする半導体装置。
9. 【請求項９】請求項６乃至８のいずれか一項において、
   前記絶縁膜は、レーザー光の走査方向に対して垂直な方
   向において、凸上部の幅が凹底部の幅よりも広いことを
   特徴とする半導体装置。
10. 【請求項１０】請求項６乃至９のいずれか一項におい
    て、前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向におい
    て、凸上部の幅が凹底部の幅の３倍以上であることを特
    徴とする半導体装置。
11. 【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか一項におい
    て、前記絶縁膜は、酸化珪素又は酸窒化珪素から成る第
    １絶縁膜と、その上に形成され、矩形又は縞状のパター
    ンに形成された窒化珪素又は窒酸化珪素から成る第２絶
    縁膜とで凹凸が形成されていることを特徴とする半導体
    装置。
12. 【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれか一項におい
    て、前記絶縁膜の凸部は、前記長手方向と垂直な方向に
    おける断面の形状が台形であることを特徴とする半導体
    装置。
13. 【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれか一項におい
    て、前記チャネル形成領域内における酸素の濃度は、２
    ×１０¹⁹atoms/cm³以下であることを特徴とする半導体
    装置。
14. 【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれか一項におい
    て、前記チャネル形成領域内における炭素の濃度は、５
    ×１０¹⁸atoms/cm³以下であることを特徴とする半導体
    装置。
15. 【請求項１５】請求項１乃至１４のいずれか一項におい
    て、前記チャネル形成領域内における窒素の濃度は、１
    ×１０¹⁹atoms/cm³以下であることを特徴とする半導体
    装置。
16. 【請求項１６】レーザー発振装置と、 前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、そ
    のレーザービームが線状になるように集光する光学系
    と、 前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第１
    の手段と、 基板上に縞状または矩形状の凹凸を有する絶縁膜を形成
    する第２の手段と、 前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第３の手段と、 前記絶縁膜のパターン情報を記憶する第４の手段と、 基板上に形成されたマーカーを基準として、前記パター
    ン情報から、前記半導体膜の凹底部を含むように前記レ
    ーザービームの走査経路を定め、なおかつ前記第１の手
    段を制御して前記走査経路に従い前記レーザービームを
    移動させることで、前記半導体膜の結晶性を高める第５
    の手段と、 前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、
    前記凹底部の中央付近と前記各凹底部のエッジとの間上
    にアイランドを形成する第６の手段と、を有することを
    特徴とする半導体装置の生産システム。
17. 【請求項１７】レーザー発振装置と、 前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、そ
    のレーザービームが線状になるように集光する光学系
    と、 前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第１
    の手段と、 入力されたパターン情報を記憶する第２の手段と、 前記パターン情報に従って、基板上に縞状または矩形状
    の凹凸を有する絶縁膜を形成する第３の手段と、 前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第４の手段と、 前記形成された半導体膜のパターン情報を読み取る第５
    の手段と、 前記読み取ったパターン情報を記憶する第６の手段と、 前記第２の手段に記憶されたパターン情報と、前記第６
    の手段に記憶されたパターン情報と、前記形成された半
    導体膜の厚さとから得られた基板の位置情報を基準とし
    て、前記第２の手段に記憶されたパターン情報または前
    記第６の手段に記憶されたパターン情報から、前記半導
    体膜の凹底部を含むように前記レーザービームの走査経
    路を定め、なおかつ前記第１の手段を制御して前記走査
    経路に従い前記レーザービームを移動させることで、前
    記半導体膜の結晶性を高める第７の手段と、 前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、
    前記凹底部の中央付近と前記各凹底部のエッジとの間上
    にアイランドを形成する第８の手段と、 を有することを特徴とする半導体装置の生産システム。
18. 【請求項１８】請求項７において、前記第５の手段は電
    荷結合素子を用いていることを特徴とする半導体装置の
    生産システム。
19. 【請求項１９】レーザー発振装置と、 前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、そ
    のレーザービームが線状になるように集光する光学系
    と、 前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第１
    の手段と、 基板上に縞状または矩形状の凹凸を有する絶縁膜を形成
    する第２の手段と、 前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第３の手段と、 前記絶縁膜のパターン情報を記憶する第４の手段と、 基板上に形成されたマーカーを基準として、前記パター
    ン情報から、前記半導体膜の凸上部を含むように前記レ
    ーザービームの走査経路を定め、なおかつ前記第１の手
    段を制御して前記走査経路に従い前記レーザービームを
    移動させることで、前記半導体膜の結晶性を高める第５
    の手段と、 前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、
    前記凸上部の中央付近と前記各凸上部のエッジとの間上
    にアイランドを形成する第６の手段と、 を有することを特徴とする半導体装置の生産システム。
20. 【請求項２０】レーザー発振装置と、 前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を、そ
    のレーザービームが線状になるように集光する光学系
    と、 前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第１
    の手段と、 入力されたパターン情報を記憶する第２の手段と、 前記パターン情報に従って、基板上に縞状または矩形状
    の凹凸を有する絶縁膜を形成する第３の手段と、 前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第４の手段と、 前記形成された半導体膜のパターン情報を読み取る第５
    の手段と、 前記読み取ったパターン情報を記憶する第６の手段と、 前記第２の手段に記憶されたパターン情報と、前記第６
    の手段に記憶されたパターン情報と、前記形成された半
    導体膜の厚さとから得られた基板の位置情報を基準とし
    て、前記第２の手段に記憶されたパターン情報または前
    記第６の手段に記憶されたパターン情報から、前記半導
    体膜の凸上部を含むように前記レーザービームの走査経
    路を定め、なおかつ前記第１の手段を制御して前記走査
    経路に従い前記レーザービームを移動させることで、前
    記半導体膜の結晶性を高める第７の手段と、 前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、
    前記凸上部の中央付近と前記各凸上部のエッジとの間上
    にアイランドを形成する第８の手段と、を有することを
    特徴とする半導体装置の生産システム。
21. 【請求項２１】請求項２０において、前記第５の手段は
    電荷結合素子を用いていることを特徴とする半導体装置
    の生産システム。
22. 【請求項２２】請求項１６乃至請求項２１のいずれか１
    項において、 レーザー光の走査が減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲
    気下において行われることを特徴とする半導体装置の生
    産システム。
23. 【請求項２３】請求項１６乃至請求項２２のいずれか一
    項において、前記レーザー光は、ＹＡＧレーザー、ＹＶ
    Ｏ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃レーザー、ガ
    ラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレ
    ーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＮｄ:ＹＶＯ₄
    レーザーから選ばれた一種または複数種を用いて出力さ
    れていることを特徴とする半導体装置の生産システム。
24. 【請求項２４】請求項１６乃至請求項２３のいずれか一
    項において、前記レーザー光は、スラブレーザーを用い
    て出力されていることを特徴とする半導体装置の生産シ
    ステム。
25. 【請求項２５】請求項１６乃至請求項２４のいずれか１
    項において、前記レーザー光は連続発振であることを特
    徴とする半導体装置の生産システム。
26. 【請求項２６】請求項１６乃至請求項２５のいずれか一
    項において、前記レーザー光は第２高調波であることを
    特徴とする半導体装置の生産システム。