JP2004048029A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　高集積化を妨げずに、多結晶ＴＦＴのオン電流及び移動度を高めることができる半導体装置の作製方法と、それによって得られる半導体装置の提供を課題とする。
【解決手段】　半導体膜に触媒元素を添加して加熱することで、結晶性が高められた第１の領域と、第１の領域と比較して結晶性が劣っている第２の領域とを形成し、第１の領域に第１のレーザー光を照射することで、第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、　第３の領域と第４の領域をパターニングして、第１の島状の半導体膜と、第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、第１と第２のレーザー光は、互いにエネルギー密度が同じであり、第１のレーザー光の走査速度は第２のレーザー光の走査速度より速いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【選択図】　図５

Description

　本発明は、絶縁表面上において結晶化された半導体膜を用いる半導体素子、代表的には薄膜トランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）、を用いる半導体装置の作製方法に関する。

　テレビ受像器、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの様々な電子機器において、文字や画像を表示するためのディスプレイは情報を人間が認識する手段として必要不可欠なものとなっている。特に最近では、液晶の電気光学特性を利用した液晶表示装置に代表される平板型の半導体表示装置（フラットパネルディスプレイ）が積極的に用いられている。

　フラットパネルディスプレイの一つの形態として、画素毎にＴＦＴを設け、映像信号を順次書き込むことにより映像の表示を行なうアクティブマトリクス駆動方式が知られている。ＴＦＴはアクティブマトリクス駆動方式を実現する上で必須の素子となっている。

　ＴＦＴは非晶質半導体膜を用いて作製されるものがほとんどであったが、電界効果移動度（以下、移動度と呼ぶ）が低く、映像信号を処理するために必要な周波数で動作させることが不可能であったので、もっぱら画素毎に設けるスイッチング素子としてのみ使用されていた。画素を選択するための走査線駆動回路や、選択された画素に映像信号を入力するための信号線駆動回路は、ＴＡＢ(Tape Automated Bonding)やＣＯＧ(Chip on Glass)により実装する外付けのＩＣ（ドライバＩＣ）で賄っていた。

　しかしながら、画素密度が高くなると画素ピッチが狭くなるので、ドライバＩＣを実装する方式には限界があると考えられている。例えば、ＵＸＧＡ（画素数１２００×１６００個）を想定した場合、ＲＧＢカラー方式では単純に見積もっても６０００個の接続端子が必要になる。接続端子数の増加は接点不良の発生確率を増加させる原因となる。また、画素部の周辺部分の領域（額縁領域）が増大し、これをディスプレイとする半導体装置の小型化や外観のデザインを損なう要因となる。

　このような背景から、駆動回路一体型の半導体表示装置の必要性が明瞭になっている。画素部と走査線及び信号線駆動回路を同一の基板に一体形成、所謂システムオンパネル化することで、接続端子の数は激減し、また額縁領域の面積も縮小させることができる。

　システムオンパネル化を実現する手段として、多結晶半導体膜でＴＦＴを形成する方法が提案されている。多結晶半導体膜で形成されたＴＦＴ（多結晶ＴＦＴ）は、非晶質半導体膜を用いて形成されたＴＦＴに比べて移動度が高いため、映像信号を処理するために必要な周波数で動作させることが可能である。よって、多結晶ＴＦＴを用いることで、画素部と走査線及び信号線駆動回路を同一の基板に一体形成した、駆動回路一体型の半導体表示装置が実現可能となっている。

　ところで、半導体表示装置は走査線または信号線駆動回路などに代表される駆動回路に加えて、コントローラやＣＰＵ等が実装された形態を取り得る。そこで近年では駆動回路に加えて、今まで単結晶のシリコン基板で形成されてきたコントローラやＣＰＵ等も、ガラス基板上に一体形成することが試みられている。駆動回路と同様に、コントローラ又はＣＰＵ等を共に画素部と同じガラス基板上に一体形成することが可能になれば、半導体表示装置の大きさを飛躍的に抑えることができ、物理的衝撃に対する耐性をより高めることができる。

　しかし、多結晶ＴＦＴの電気的特性は、所詮単結晶のシリコン基板に形成されるＭＯＳトランジスタ（単結晶トランジスタ）の特性に匹敵するものではなかった。特にオン電流や移動度は、結晶粒の界面（粒界）における欠陥の存在により、単結晶トランジスタに比べ劣っていた。なお粒界とは、結晶粒界とも呼ばれる、面欠陥に分類される格子欠陥の１つである。面欠陥には粒界の他に、双晶面や積層欠陥などが含まれるが、本明細書ではダングリングボンドを有する電気的に活性な面欠陥、つまり粒界と積層欠陥をまとめて粒界と総称する。

　そのため、多結晶ＴＦＴを用いてコントローラやＣＰＵ等の集積回路の作製を試みた場合、移動度が低いため十分なオン電流が得られず、動作速度が今一つであった。

　オン電流を増加させる手段の１つとして、チャネル長Ｌに対するチャネル幅Ｗの割合（Ｗ／Ｌ）を大きくするという方法が挙げられる。しかし、チャネル長Ｌのサイズを小さくするのは露光技術の精度の点から限界がある。また配線抵抗を考慮するとコントローラやＣＰＵ等の集積回路においてある程度の高集積化は必要不可欠であり、よってＴＦＴや配線のレイアウト上の制約が大きく、チャネル幅Ｗを大きくとるのは容易ではない。したがって、Ｗ／Ｌの制御は限界があり、それだけでは十分なオン電流の確保は難しかった。

　またオン電流を増加させる手段の１つとして、トランジスタのチャネル形成領域における結晶の配向を制御することで、移動度を高める方法が挙げられる。移動度が結晶の配向に依存し、その依存のし方が極性によって異なることは、「Mobility Anisotropy of Electrons in Inversion Layers on Oxidized Silicon Surfaces, Tai Sato, Yoshiyuki Takeishi, and Hisashi Hara, Physical REVIEW B4 (1971) 1950-1960」において既に紹介されている。しかし上記文献では単結晶シリコンの場合についてのみ記載されており、いかにＴＦＴに適用するかまでは言及されていない。

　本発明は上述した問題に鑑み、高集積化を妨げずに、多結晶ＴＦＴのオン電流及び移動度を高めることができる半導体装置の作製方法の提供を課題とする。

　本発明者は、ＴＦＴの場合においても、移動度が半導体膜内に存在する結晶の配向に依存すること、さらにＴＦＴの極性によってその依存のし方が異なることに着目した。

　図１（Ａ）に、ｎチャネル型ＴＦＴのチャネル形成領域における配向性と移動度との関係の実測データを示す。また図１（Ｂ）に、ｐチャネル型ＴＦＴのチャネル形成領域における配向性と移動度との関係の実測データを示す。ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴは、共にＬ／Ｗが６／４μｍである。なお移動度は、粒径が小さい場合は配向性よりも粒界の影響を大きく受けるため、図１（Ａ）では移動度が２５０ｍ²／Ｖ・ｓｅｃ以上のもののみを、図１（Ｂ）では移動度が１９５ｍ²／Ｖ・ｓｅｃ以上のもののみをプロットしている。

　図１（Ａ）に示すように、ｎチャネル型ＴＦＴの場合は｛１００｝面からの角度が小さいもの、つまりゲート絶縁膜界面近傍における結晶面が｛１００｝面により近いものほど、移動度が高いことがわかる。図１（Ａ）における相関係数は６７％である。また、図１（Ｂ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴの場合は｛１１０｝面からの角度が小さいものほど、移動度が高いことがわかる。図１（Ｂ）における相関係数は２４％である。

　このことから、チャネル形成領域において反転層が形成されるゲート絶縁膜界面近傍が、ｎチャネル型ＴＦＴだと｛１００｝面の場合に、少数キャリア（ここでは電子）に対する移動度が最も大きく、ｐチャネル型ＴＦＴだと｛１１０｝面の場合に、少数キャリア（ここでは正孔）に対する移動度が最も大きく、移動度の配向への依存のし方が極性によって異なるのがわかる。

　そこで本発明者は、同一基板上のｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとで、それぞれ最適な面方位の結晶が多く得られるように半導体膜の結晶化工程の最適化を試み、結晶化に用いるレーザー光の走査速度（Scan Speed）の制御や、触媒元素を用いた熱結晶化の有無により、絶縁膜界面近傍における半導体膜の結晶面の｛１００｝面及び｛１１０｝面の存在比率を制御する半導体装置の作製方法を考案した。

　尚、本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用して機能する装置全般を指し、液晶表示装置や、発光素子を用いた発光装置等に代表される半導体表示装置、半導体集積回路（マイクロプロセッサ、信号処理回路または高周波回路等）を範疇に含んでいる。

　図２に、レーザー光の照射により結晶化された半導体膜の、基板と水平方向における結晶面の、面方位の逆極点図（Inverse pole figure）のマップ図を、走査速度ごとに示す。図２では連続発振のＮｄ：ＹＶＯ₄レーザー（第２高調波）を用い、エネルギー密度を１０ＭＷ／ｃｍ²、半導体膜の膜厚を６６ｎｍとし、基板に対して水平方向にレーザー光を走査した試料を用いている。なお、各面方位の配向比率は１０°以内の誤差までを許容範囲としている。

　走査速度が２ｃｍ／ｓｅｃのとき、面方位の配向比率は｛１００｝＝８．１％、｛１１０｝＝４．９％、｛１１１｝＝２．０％であった。走査速度が３ｃｍ／ｓｅｃのとき、面方位の配向比率は｛１００｝＝７．９％、｛１１０｝＝４．２％、｛１１１｝＝１．９％であった。走査速度が２０ｃｍ／ｓｅｃのとき、面方位の配向比率は｛１００｝＝９．２％、｛１１０｝＝８．８％、｛１１１｝＝１．７％であった。走査速度が５０ｃｍ／ｓｅｃのとき、面方位の配向比率は｛１００｝＝３．４％、｛１１０｝＝９．１％、｛１１１｝＝２．０％であった。走査速度が９０ｃｍ／ｓｅｃのとき、面方位の配向比率は｛１００｝＝１．５％、｛１１０｝＝１５．７％、｛１１１｝＝１．１％であった。

　走査速度に対する、面方位｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝の配向比率のグラフを図３に示す。図３に示すとおり、レーザー光の走査速度が２０ｃｍ／ｓｅｃ以下だと｛１００｝の配向比率が高く、２０ｃｍ／ｓｅｃを超えると｛１１０｝の配向比率が高いことがわかる。

　図２、図３に示した結果から、レーザー光のエネルギー密度が同じである場合、レーザー光の走査速度が遅いと｛１００｝の配向比率が高まり、走査速度が速いと｛１１０｝の配向比率が高まることがわかる。よって、結晶化に用いるレーザー光の走査速度で｛１００｝と｛１１０｝の配向比率の制御が可能である。

　具体的には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する領域においては、走査速度２０ｃｍ／ｓｅｃ以下でレーザー光を走査し、｛１００｝の配向比率を高めるようにし、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する領域においては、走査速度２０ｃｍ／ｓｅｃより速い走査速度でレーザー光を走査し、｛１１０｝の配向比率を高めるようにする。上記構成により移動度、ひいてはオン電流を高めることができる。

　図３に示したグラフにおいて、走査速度を、単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギー（Ｗ・ｓ／ｃｍ²）に換算したグラフを、図１６に示す。また表１に、面方位｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝の配向比率と、走査速度（Scan Speed）と、単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーの具体的な値を示す。

　図１６、表１から、走査速度が２０ｃｍ／ｓｅｃ、単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギー４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²を境に、該エネルギーが高いほど｛１００｝の配向比率が高まり、逆に該エネルギーが低いほど｛１１０｝の配向比率が高まることが分かる。

　より具体的には、単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーが、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より高くなおかつ３．１×１０^-8Ｗ・ｓ／ｃｍ²以下の範囲において、｛１００｝の配向比率が高まると言える。また、単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーが、２．２×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²以上でなおかつ４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より低い範囲において、｛１１０｝の配向比率が高まると言える。

　なお、上記レーザー光の走査速度の制御に加えて、触媒元素を用いた熱結晶化の有無の制御を組み合わせることで、より効果的に｛１００｝と｛１１０｝の配向比率を制御することができる。

　図４に、レーザー光の照射による結晶化の前に、半導体膜に触媒元素を添加し加熱処理を施した場合と、単に加熱処理を施した場合の、基板と水平方向における結晶面の、面方位の逆極点図のマップ図を示す。

　図４（Ａ）、図４（Ｂ）では共に、連続発振のＮｄ：ＹＶＯ₄レーザーを用い、エネルギー密度を１０ＭＷ／ｃｍ²、走査速度を５０ｃｍ／ｓｅｃ、半導体膜の膜厚を６６ｎｍとし、基板に対して水平方向にレーザー光を走査した試料を用いている。なお、各面方位の配向比率は１０°以内の誤差までを許容範囲としている。

　また図４（Ａ）の試料は、レーザー光の照射の前に、触媒元素としてＮｉを１０ｐｐｍ含むエタノール溶液を部分的に塗布し、５００℃で１時間加熱処理を施した後５７０℃で１４時間加熱処理を施している。上記プロセスにより、Ｎｉを含むエタノール溶液を塗布された部分から、基板に対して水平方向に結晶が成長する。一方図４（Ｂ）の試料は、レーザー光の照射の前に、５００℃で１時間加熱処理を施した後５７０℃で１４時間加熱処理を施しているが、図４（Ａ）の試料と異なりＮｉを含むエタノール溶液を塗布していない。よって、図４（Ｂ）の試料は、非晶質の半導体膜に近いと考えられる。

　図４（Ａ）の試料では面方位の配向比率が｛１００｝＝３．８％、｛１１０｝＝１５．５％、｛１１１｝＝１．９％であり、図４（Ｂ）の試料では面方位の配向比率が｛１００｝＝３．７％、｛１１０｝＝９．１％、｛１１１｝＝１．０％であった。このことから、図４（Ａ）の試料の方が｛１１０｝の配向比率が高いことがわかる。

　図５を用いて、レーザー光の走査速度の制御と、触媒元素を用いた熱結晶化の有無の制御により、｛１００｝と｛１１０｝の配向比率を制御する方法について説明する。

　まず、半導体膜の結晶化を促進する触媒元素を、非晶質半導体膜に部分的に添加する。そして、加熱処理を施すことで触媒元素が添加された領域１０１から、実線の矢印で示すように基板に対して平行に結晶が横成長し、触媒により結晶化された領域１０２と、結晶化されていない領域（非結晶化領域）１０３とが形成される。

　次に、触媒により結晶化された領域１０２と非結晶化領域１０３とにそれぞれ異なる走査速度で連続発振のレーザー光を照射する。具体的には、触媒により結晶化された領域１０２に対して２０ｃｍ／ｓｅｃより速い速度でレーザー光を照射し、非結晶化領域１０３に対して２０ｃｍ／ｓｅｃ以下でレーザー光を照射する。

　なお、触媒により結晶化された領域１０２における結晶の成長方向と、レーザー光の走査方向とは、共に基板に対して水平であれば良く、該２つの方向によって成される角度と、結晶の配向比率との間には、特に相関関係はない。

　触媒により結晶化された領域１０２に対し２０ｃｍ／ｓｅｃより速い走査速度でレーザー光を照射した領域の一部を領域１とし、非結晶化領域１０３に対し２０ｃｍ／ｓｅｃ以下の走査速度でレーザー光を照射した領域の一部を領域２とする。領域１は領域２に比べて｛１１０｝の配向比率が高く、領域２は領域１に比べて｛１００｝の配向比率が高い。

　具体的には、領域１において｛１１０｝の配向比率をおおよそ９％以上、領域２において｛１００｝の配向比率をおおよそ７％以上とすることができると考えられる。

　よって、領域１の半導体膜を用いてｐチャネル型ＴＦＴを形成し、また領域２の半導体膜を用いてｎチャネル型ＴＦＴを形成することで、高集積化を妨げずにそれぞれの移動度、ひいてはオン電流を高めることができる。

　なお、レーザー光の照射領域（ビームスポット）の形状は、線状または楕円形状であっても良く、また複数のレーザー光の照射領域を重ねて用いても良い。

　本発明によって、同一基板上に｛１１０｝の配向比率が高い半導体膜と、｛１００｝の配向比率が高い半導体膜とを作り分けることができる。そして、｛１１０｝の配向比率が高い半導体膜を用いてｐチャネル型ＴＦＴを形成し、｛１００｝の配向比率が高い半導体膜を用いてｎチャネル型ＴＦＴを形成することで、高集積化を妨げずにそれぞれのＴＦＴの移動度、ひいてはオン電流を高めることができる。

（実施の形態１）
　本実施の形態では、レーザー光の走査速度の制御に加えて、触媒元素を用いた熱結晶化の有無の制御を組み合わせたＴＦＴの作製方法について説明する。

　まず図６（Ａ）に示すように、基板２００上に下地膜２０１を成膜する。基板２００には、例えばコーニング社の１７３７ガラス基板に代表される無アルカリガラス基板を用いた。基板には１７３７ガラス基板以外のバリウムホウケイ酸ガラス、例えば＃７０５９ガラスなどを用いていても良いし、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。

　下地膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜で形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成し、同様にＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化水素化シリコン膜を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに積層形成する。図６（Ａ）では２層の絶縁膜を１層の下地膜２０１として示している。なお、下地膜は２層構造に限定されず、前記絶縁膜の単層膜または３層以上積層させた構造であっても良い。

　次に、この下地膜２０１の上に５０ｎｍの厚さの、非晶質半導体膜２０２をプラズマＣＶＤ法で形成する。非晶質半導体膜２０２は含有水素量にもよるが、好ましくは４００〜５５０℃で数時間加熱して脱水素処理を行い、含有水素量を５atom％以下として、結晶化の工程を行なうことが望ましい。また、非晶質半導体膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させておくことが望ましい。

　なお、半導体膜は珪素だけではなく、例えばシリコンゲルマニウムを用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５atomic％程度であることが好ましい。

　ここで、下地膜２０１と非晶質半導体膜２０２はいずれもプラズマＣＶＤ法で作製されるものであり、このとき下地膜２０１と非晶質半導体膜２０２を真空中で連続して形成しても良い。下地膜２０１を形成後、一旦大気雰囲気にさらされない工程にすることにより、表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製されるＴＦＴの特性バラツキを低減させることができる。

　次に、非晶質半導体膜２０２の上にマスク２０３を連続的に形成した。そしてマスク２０３をパターニングして選択的に開口部を設け、その後、重量換算で１〜１００ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布した。これにより形成されるニッケル含有層２０４は、マスク２０３の開口部において非晶質半導体膜２０２と接する（図６（Ａ））。

　なお、酢酸ニッケル塩溶液の親水性をよくするために、非晶質半導体膜２０２の表面をオゾン含有水溶液で処理することで極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておいても良い。半導体膜の表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布することができる。

　勿論、非晶質半導体膜への触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などにより形成しても良い。

　次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、ニッケル含有層２０４が接した部分２０５から、非晶質半導体膜が実線の矢印で示したように結晶化が進行し、触媒元素により結晶化された領域２０６と、結晶化されなかった領域（非結晶化領域）２０７とが形成される（図６（Ｂ））。

　なお、図６（Ｂ）に示した加熱処理の工程における試料の上面図を、図８（Ａ）に示す。図６（Ｂ）は図８（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図に相当する。なお図８（Ａ）では図を分かり易くするために、敢えてマスク２０３とニッケル含有層２０４を省略して図示した。

　加熱処理の方法としては、電熱炉を用いるファーネスアニール法や、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどを用いたＲＴＡ法を採用する。または、加熱した不活性気体を用いるガス加熱方式のＲＴＡを適用することもできる。

　ＲＴＡ法で行なう場合には、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、非晶質半導体膜２０２が瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは６５０〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。このような高温になったとしても、半導体膜が瞬間的に加熱されるのみであり、基板２００はそれ自身が歪んで変形することはない。

　その他の方法としてファーネスアニール法を用いる場合には、加熱処理に先立ち、５００℃にて１時間程度の加熱処理を行い、非晶質半導体膜２０２が含有する水素を放出させておく。そして、電熱炉を用いて窒素雰囲気中にて５５０〜６００℃、好ましくは５８０℃で４時間の加熱処理を行い、非晶質半導体膜２０２を結晶化させる。

　なお、本実施の形態では触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、その以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。

　次にマスク２０３を除去した後、触媒元素により結晶化された領域２０６と非結晶化領域２０７に対して、それぞれ最適な走査速度でレーザー光を照射し、結晶化させる。いずれの領域に先にレーザー光を照射するのかは、実施者が適宜設定することができる。ここではｎチャネル型ＴＦＴを形成する領域（ｎ型領域）となる非結晶化領域２０７に対して、レーザー光の照射により結晶化を行なった後、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する領域（ｐ型領域）となる触媒元素により結晶化された領域２０６に対して、レーザー光の照射により結晶化を行なう。

　まず、図６（Ｃ）に示すように、非結晶化領域２０７に対してレーザー光を照射し、結晶性を高める。ここではレーザー光の照射により結晶性が高められた非結晶化領域２０７を、便宜上、第１の結晶性半導体膜２０８と呼ぶ。非結晶化領域２０７に対して照射するレーザー光は、走査速度を１ｃｍ／ｓｅｃ以上２０ｃｍ／ｓｅｃ以下とする。エネルギー密度は０．０１ＭＷ〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１ＭＷ〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。

　上記レーザー光の照射により形成された第１の結晶性半導体膜２０８は、｛１００｝の配向比率が高められている。

　なお、図６（Ｃ）に示した、非結晶化領域２０７に対するレーザー光の照射の工程における試料の上面図を、図８（Ｂ）に示す。図６（Ｃ）は図８（Ｂ）のＢ−Ｂ’における断面図に相当する。

　次に、図６（Ｄ）に示すように、触媒元素により結晶化された領域２０６に対してレーザー光を照射し、結晶性を高める。ここではレーザー光の照射により結晶性が高められた、触媒元素により結晶化された領域２０６を、便宜上、第２の結晶性半導体膜２０９と呼ぶ。触媒元素により結晶化された領域２０６に対して照射するレーザー光は、走査速度を２０ｃｍ／ｓｅｃより速く２０００ｃｍ／ｓｅｃ以下とする。エネルギー密度は０．０１ＭＷ〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１ＭＷ〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。

　上記レーザー光の照射により形成された第２の結晶性半導体膜２０９は、｛１１０｝の配向比率が高められている。

　なお、図６（Ｄ）に示した、触媒元素により結晶化された領域２０６に対するレーザー光の照射の工程における試料の上面図を、図８（Ｃ）に示す。図６（Ｄ）は図８（Ｃ）のＣ−Ｃ’における断面図に相当する。

　なお上記２回のレーザー光照射に用いられるレーザーは、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、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。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。

　またさらに、固体レーザーから発せられ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。

　特に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１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、出力１０Ｗの連続発振の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する。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。

　次に、第２の結晶性半導体膜２０９内に存在する触媒元素のゲッタリングについて説明する。図６（Ｂ）に示した触媒元素を用いる結晶化により、第２の結晶性半導体膜２０９内には、触媒元素（ここではニッケル）が平均的な濃度として１×１０¹⁹atoms/cm³を越える程度に残存しているものと考えられる。触媒元素が残留しているとＴＦＴの特性に悪影響を及ぼす可能性があるため、触媒元素濃度を低減させる工程を設ける必要がある。

　まず、図６（Ｅ）に示すように第１の結晶性半導体膜２０８及び第２の結晶性半導体膜２０９の表面にバリア層２１０を形成する。バリア層２１０は、後にゲッタリングサイトを除去する際に第１の結晶性半導体膜２０８及び第２の結晶性半導体膜２０９がエッチングされないように設けた層である。

　バリア層２１０の厚さは１〜１０ｎｍ程度とし、簡便にはオゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイドをバリア層としても良い。また、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。他の方法としては、酸化雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によりオゾンを発生させて酸化処理を行っても良い。また、クリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しバリア層としても良い。或いは、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで１〜５ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。いずれにしても、ゲッタリング工程時に、触媒元素がゲッタリングサイト側に移動できて、ゲッタリングサイトの除去工程時には、エッチング液がしみこまない（第１の結晶性半導体膜２０８及び第２の結晶性半導体膜２０９をエッチング液から保護する）膜、例えば、オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド膜、酸化シリコン膜（ＳｉＯx）、または多孔質膜を用いればよい。

　次いで、バリア層２１０上にスパッタ法でゲッタリングサイト２１１として、膜中に希ガス元素を１×１０²⁰ atoms /cm³以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜（代表的には、非晶質シリコン膜）を２５〜２５０ｎｍの厚さで形成する。後に除去されるゲッタリングサイト２１１は第１の結晶性半導体膜２０８及び第２の結晶性半導体膜２０９とエッチングの選択比を大きくするため、密度の低い膜を形成することが好ましい。

　なお、希ガス元素は半導体膜中でそれ自体は不活性であるため、第１の結晶性半導体膜２０８及び第２の結晶性半導体膜２０９に悪影響を及ぼすことはない。また、希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。

　次に、加熱処理を施すことでゲッタリングを行なう（図７（Ａ））。加熱処理はファーネスアニール法やＲＴＡ法で行なう。ファーネスアニール法で行なう場合には、窒素雰囲気中にて４５０〜６００℃で０．５〜１２時間の加熱処理を行なう。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。

　加熱処理により、第２の結晶性半導体膜２０９にある触媒元素が熱エネルギーにより放出され、拡散により矢印に示すようにゲッタリングサイト２１１に移動する。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。

　ゲッタリング工程終了後、ゲッタリングサイト２１１を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ₃によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ₃）₄ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行なうことができる。この時バリア層２１０はエッチングストッパーとして機能する。また、バリア層２１０はその後フッ酸により除去する（図７（Ｂ））。

　次に、バリア層２１０除去後の第１の結晶性半導体膜２０８及び第２の結晶性半導体膜２０９をパターニングし、島状の半導体膜２１３と、２１２を形成する（図７（Ｃ））。第１の結晶性半導体膜２０８から形成された島状の半導体膜２１３は｛１００｝の配向比率が高められており、第２の結晶性半導体膜２０９から形成された島状の半導体膜２１２は｛１１０｝の配向比率が高められている。

　なお、図７（Ｃ）に示した、島状の半導体膜２１２と島状の半導体膜２１３形成後における試料の上面図を、図８（Ｄ）に示す。図７（Ｃ）は図８（Ｄ）のＤ−Ｄ’における断面図に相当する。

　そして図７（Ｄ）に示すように、島状の半導体膜２１２と島状の半導体膜２１３上へのゲート絶縁膜２１４の形成と、島状の半導体膜２１２と島状の半導体膜２１３への不純物の添加によるソース／ドレイン領域の形成と、ゲート電極の形成などの工程を経て、ｎチャネル型ＴＦＴ２１５と、ｐチャネル型ＴＦＴ２１６が形成される。なお、ｎチャネル型ＴＦＴ２１５とｐチャネル型ＴＦＴ２１６は図７（Ｄ）に示した構成に限定されない。

　上述した一連の作製工程により、ｐチャネル型ＴＦＴとｎチャネル型ＴＦＴのそれぞれの移動度、ひいてはオン電流を、高集積化を妨げずに高めることができる。

（実施の形態２）
　本実施例では、ｐ型領域において、触媒元素を用い、基板に対して垂直な方向に結晶化（縦成長）させた後、レーザー光照射による結晶化を行なう場合について説明する。

　図９に、レーザー光の照射による結晶化の前に、半導体膜に触媒元素を添加し加熱処理を施した場合と、単に加熱処理を施した場合の、基板と水平方向における結晶面の、面方位の逆極点図のマップ図を示す。

　図９（Ａ）、図９（Ｂ）では共に、連続発振のＮｄ：ＹＶＯ₄レーザーを用い、エネルギー密度を１０ＭＷ／ｃｍ²、走査速度を５０ｃｍ／ｓｅｃ、半導体膜の膜厚を１５０ｎｍとし、基板に対して水平方向にレーザー光を走査した試料を用いている。なお、各面方位の配向比率は１０°以内の誤差までを許容範囲としている。

　また図９（Ａ）の試料は、レーザー光の照射の前に、触媒元素としてＮｉを１０ｐｐｍ含む水溶液を全面に塗布し、５００℃で１時間加熱処理を施した後５５０℃で４時間加熱処理を施している。上記プロセスにより、半導体膜の表面から基板に対して垂直方向に結晶が成長する。一方図９（Ｂ）の試料は、レーザー光の照射の前に、５００℃で１時間加熱処理を施したのみであり、図９（Ａ）の試料と異なりＮｉを含む水溶液を塗布していない。よって、図９（Ｂ）の試料は、非晶質の半導体膜に近いと考えられる。

　図９（Ａ）の試料では面方位の配向比率が｛１００｝＝１．８％、｛１１０｝＝１４．１％、｛１１１｝＝１．３％であり、図９（Ｂ）の試料では面方位の配向比率が｛１００｝＝５．１％、｛１１０｝＝９．４％、｛１１１｝＝３．０％であった。このことから、図９（Ａ）の試料の方が｛１１０｝の配向比率が高いことがわかる。

　次に、レーザー光の走査速度の制御に加えて、上述した縦成長の結晶化工程を用いたＴＦＴの作製方法について説明する。

　まず実施の形態１と同様に、基板３００上に下地膜３０１を成膜する（図１０（Ａ））。基板３００には実施の形態１に示した種類のものを用いることができる。下地膜３０１も実施の形態１に示した種類のものを、単層膜または２層以上積層させた構造で用いることができる。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成し、同様にＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化水素化シリコン膜を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに積層形成する。

　次に、この下地膜３０１の上に５０ｎｍの厚さの、非晶質半導体膜３０２をプラズマＣＶＤ法で形成する。非晶質半導体膜３０２の成膜条件または材料については、実施の形態１を参照する。

　次に、該非晶質半導体膜３０２をｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域（ｐ型領域）３０２と、ｎチャネル型ＴＦＴ（ｎ型領域）が形成される領域３０３とに分離する。ｐ型領域とｎ型領域とを分離することで、後の触媒元素を用いた結晶化において、触媒元素が添加された領域から横方向に結晶が成長するのを防ぐことができる。よって、横方向の結晶の成長距離を考慮せずにｐチャネル型ＴＦＴとｎチャネル型ＴＦＴとの間隔をレイアウトすることができる。

　次に、ｎ型領域３０３の上にのみ存在するマスク３０４を、レジストの成膜及びパターニングにより形成した。その後、重量換算で１〜１００ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布した。これにより形成されるニッケル含有層３０５は、マスク３０４に覆われずに露出しているｐ型領域３０２と接する（図１０（Ｂ））。

　なお、酢酸ニッケル塩溶液の馴染みをよくするために、ｐ型領域３０２の表面をオゾン含有水溶液で処理することで極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておいても良い。半導体膜の表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布することができる。

　勿論、ｐ型領域３０２への触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などにより形成しても良い。

　次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、ニッケル含有層３０５が接したｐ型領域３０２において、その表面から基板３００に向かって縦方向に結晶化が進行し、触媒元素により結晶化された領域３０６と、結晶化されなかった領域（非結晶化領域）３０７とが形成される（図１０（Ｃ））。

　加熱処理の方法や触媒元素の種類については、実施の形態１の図６（Ｂ）を参照することができる。

　次にマスク３０４を除去した後、触媒元素により結晶化された領域３０６と非結晶化領域３０７に対して、それぞれ最適な走査速度でレーザー光を照射し、結晶化させる。いずれの領域に先にレーザー光を照射するのかは、実施者が適宜設定することができる。ここではｎチャネル型ＴＦＴを形成する領域（ｎ型領域）となる非結晶化領域３０７に対して、レーザー光の照射により結晶化を行なった後、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する領域（ｐ型領域）となる触媒元素により結晶化された領域３０６に対して、レーザー光の照射により結晶化を行なう。

　まず、図１０（Ｄ）に示すように、非結晶化領域３０７に対してレーザー光を照射し、結晶性を高める。ここではレーザー光の照射により結晶性が高められた非結晶化領域３０７を、便宜上、第１の結晶性半導体膜３０８と呼ぶ。非結晶化領域３０７に対して照射するレーザー光は、走査速度を１ｃｍ／ｓｅｃ以上２０ｃｍ／ｓｅｃ以下とする。エネルギー密度は０．０１ＭＷ〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１ＭＷ〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。

　上記レーザー光の照射により形成された第１の結晶性半導体膜３０８は、｛１００｝の配向比率が高められている。

　次に、図１０（Ｅ）に示すように、触媒元素により結晶化された領域３０６に対してレーザー光を照射し、結晶性を高める。ここではレーザー光の照射により結晶性が高められた、触媒元素により結晶化された領域３０６を、便宜上、第２の結晶性半導体膜３０９と呼ぶ。触媒元素により結晶化された領域３０６に対して照射するレーザー光は、走査速度を２０ｃｍ／ｓｅｃより速く２０００ｃｍ／ｓｅｃ以下とする。エネルギー密度は０．０１ＭＷ〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１ＭＷ〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。

　上記レーザー光の照射により形成された第２の結晶性半導体膜３０９は、｛１１０｝の配向比率が高められている。

　なお上記２回のレーザー光照射に用いられるレーザーは、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、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。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。

　またさらに、固体レーザーから発せられ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。

　特に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１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、出力１０Ｗの連続発振の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する。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。

　次に、第２の結晶性半導体膜３０９内に存在する触媒元素のゲッタリングについて説明する。図１０（Ｂ）に示した触媒元素を用いる結晶化により、第２の結晶性半導体膜３０９内には、触媒元素（ここではニッケル）が平均的な濃度として１×１０¹⁹ atoms /cm³を越える程度に残存しているものと考えられる。触媒元素が残留しているとＴＦＴの特性に悪影響を及ぼす可能性があるため、触媒元素濃度を低減させる工程を設ける必要がある。

　まず、図１１（Ａ）に示すように第１の結晶性半導体膜３０８及び第２の結晶性半導体膜３０９の表面にバリア層３１０を形成する。バリア層３１０は、後にゲッタリングサイトを除去する際に第１の結晶性半導体膜３０８及び第２の結晶性半導体膜３０９がエッチングされないように設けた層である。

　バリア層３１０の厚さは１〜１０ｎｍ程度とし、簡便にはオゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイドをバリア層としても良い。また、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。他の方法としては、酸化雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によりオゾンを発生させて酸化処理を行っても良い。また、クリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しバリア層としても良い。或いは、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで１〜５ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。いずれにしても、ゲッタリング工程時に、触媒元素がゲッタリングサイト側に移動できて、ゲッタリングサイトの除去工程時には、エッチング液がしみこまない（第１の結晶性半導体膜３０８及び第２の結晶性半導体膜３０９をエッチング液から保護する）膜、例えば、オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド膜、酸化シリコン膜（ＳｉＯx）、または多孔質膜を用いればよい。

　次いで、バリア層３１０上にスパッタ法でゲッタリングサイト３１１として、膜中に希ガス元素を１×１０²⁰ atoms /cm³以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜（代表的には、非晶質シリコン膜）を２５〜２５０ｎｍの厚さで形成する。後に除去されるゲッタリングサイト３１１は第１の結晶性半導体膜３０８及び第２の結晶性半導体膜３０９とエッチングの選択比を大きくするため、密度の低い膜を形成することが好ましい。

　なお、希ガス元素は半導体膜中でそれ自体は不活性であるため、第１の結晶性半導体膜３０８及び第２の結晶性半導体膜３０９に悪影響を及ぼすことはない。また、希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。

　次に、加熱処理を施すことでゲッタリングを行なう（図１１（Ｂ））。加熱処理はファーネスアニール法やＲＴＡ法で行なう。ファーネスアニール法で行なう場合には、窒素雰囲気中にて４５０〜６００℃で０．５〜１２時間の加熱処理を行なう。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。

　加熱処理により、第２の結晶性半導体膜３０９にある触媒元素が熱エネルギーにより放出され、拡散により矢印に示すようにゲッタリングサイト３１１に移動する。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。

　ゲッタリング工程終了後、ゲッタリングサイト３１１を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ₃によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ₃）₄ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行なうことができる。この時バリア層３１０はエッチングストッパーとして機能する。また、バリア層３１０はその後フッ酸により除去する（図１１（Ｃ））。

　次に、バリア層３１０除去後の第１の結晶性半導体膜３０８及び第２の結晶性半導体膜３０９をパターニングし、島状の半導体膜３１３と、３１２を形成する（図１１（Ｄ））。第１の結晶性半導体膜３０８から形成された島状の半導体膜３１３は｛１００｝の配向比率が高められており、第２の結晶性半導体膜３０９から形成された島状の半導体膜３１２は｛１１０｝の配向比率が高められている。

　そして図１１（Ｅ）に示すように、島状の半導体膜３１２と島状の半導体膜３１３上へのゲート絶縁膜３１４の形成と、島状の半導体膜３１２と島状の半導体膜３１３への不純物の添加によるソース／ドレイン領域の形成と、ゲート電極の形成などの工程を経て、ｎチャネル型ＴＦＴ３１５と、ｐチャネル型ＴＦＴ３１６が形成される。なお、ｎチャネル型ＴＦＴ３１５とｐチャネル型ＴＦＴ３１６は図１１（Ｅ）に示した構成に限定されない。

　上述した一連の作製工程により、ｐチャネル型ＴＦＴとｎチャネル型ＴＦＴのそれぞれの移動度、ひいてはオン電流を、高集積化を妨げずに高めることができる。

　なお、本発明においてゲッタリング工程は、実施の形態１及び実施の形態２に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。

　本実施例では、本発明の作製方法を用いて作製される半導体装置の１つである半導体表示装置を例に挙げ、結晶化の際の、レーザー光の走査経路について説明する。

　ｎ型領域にレーザー光を照射する際のレーザー光の走査経路を図１２（Ａ）に、ｐ型領域にレーザー光を照射する際のレーザー光の走査経路を図１２（Ｂ）に示す。なお図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）において、基板上に半導体膜８５０が成膜されており、半導体膜８５０のうち、画素部８５３と、信号線駆動回路８５４と、走査線駆動回路８５５と、映像信号処理回路８５６と、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）８５７と、タイミング信号発生回路８５８とが形成される領域を、それぞれ破線で示している。

　なおＶＲＡＭ８５７は、外部から入力された画像情報を有するデータを記憶する機能を有している。映像信号処理回路８５６は、信号線駆動回路８５４の規格に合わせて、該データに何らかの処理を加えて映像信号を生成し、信号線駆動回路８５４に入力する機能を有している。タイミング信号発生回路８５８は、映像信号処理回路８５６、信号線駆動回路８５４、走査線駆動回路８５５の駆動のタイミングを制御するクロック信号（ＣＬＫ）、スタートパルス信号（ＳＰ）、ラッチ信号等の信号を生成する機能を有している。

　画素部８５３に形成されるＴＦＴは全てｐチャネル型であり、ＶＲＡＭ８５７に形成されるＴＦＴは全てｎチャネル型であり、信号線駆動回路８５４と、走査線駆動回路８５５と、映像信号処理回路８５６と、タイミング信号発生回路８５８に形成されるＴＦＴはｎチャネル型とｐチャネル型が混在しているものとする。

　また、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）では、後の工程において画素部や各回路に形成されるＴＦＴの活性層となる領域８６０〜８６５を図示する。具体的には、複数の領域８６０は画素部８５３にレイアウトされており、複数の領域８６１は信号線駆動回路８５４にレイアウトされており、複数の領域８６２は走査線駆動回路８５５にレイアウトされている。さらに、複数の領域８６３は映像信号処理回路８５６にレイアウトされており、複数の領域８６４はＶＲＡＭ８５７にレイアウトされており、複数の領域８６５はタイミング信号発生回路８５８にレイアウトされている。

　なお、図１２では図を分かり易くするために、活性層となる領域８６０〜８６５をあえて尺度を無視して大きく図示しているが、実際には数十μｍ単位の大きさである。

　図１２（Ａ）において８７０は、半導体膜８５０のｎ型領域に対してレーザー光が実線の矢印の方向に沿って走査された際に、レーザー光が走査された領域（軌跡）である。

　ｎ型領域に含まれるのは領域８６４の全てと、領域８６１、８６２、８６３、８６５のうちの幾つかであり、それぞれ軌跡８７０と重なっている。なお、ｎ型領域に対するレーザー光の走査経路が、例えば領域８６０等のｐ型領域と重なる場合は、シャッター等を用いてレーザー光がｐ型領域に照射されないようにする。例えば、レーザー光の進行方向を高速で変えることができるＡＯ変調器を、被処理物である基板とレーザー発振装置との間の光路に設けてシャッターとして使用しても良い。

　図１２（Ｂ）において８７１は、半導体膜８５０のｐ型領域に対してレーザー光が実線の矢印の方向に沿って走査された際に、レーザー光が走査された領域（軌跡）である。

　ｐ型領域に含まれるのは領域８６０の全てと、領域８６１、８６２、８６３、８６５のうちの幾つかであり、それぞれ軌跡８７１と重なっている。なお、図１２（Ａ）の場合と同様に、ｐ型領域に対するレーザー光の走査経路が、例えば領域８６４等のｎ型領域と重なる場合は、シャッター等を用いてレーザー光がｎ型領域に照射されないようにする。

　上記構成により、同一基板上のｎ型領域とｐ型領域において、各レーザー光の走査速度を適宜設定し、各領域において結晶の配向率を制御することができる。

　なお、活性層となる領域８６０〜８６５は、後に形成されるＴＦＴのチャネル長方向とレーザー光の走査方向とが一致するようにレイアウトされている方が、移動度の向上の点からいって望ましい。

　また、半導体表示装置における画素部や各種回路は、図１２に示すようにレイアウトする必要はなく、またレイアウトに合わせて適宜レーザー光の走査経路やシャッター等で遮蔽する箇所を定めれば良い。

　本実施例では、実施の形態において示した方法とは異なる、ゲッタリングの一実施例について説明する。本実施例では、特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報に記載された技術を用いた。同公報に記載された技術は、非晶質半導体膜の結晶化に用いた触媒元素を結晶化後にリンのゲッタリング作用を用いて除去する技術である。同技術を用いることで、結晶質半導体膜中の触媒元素の濃度を１×１０¹⁷atoms/cm³以下、好ましくは１×１０¹⁶atoms/cm³にまで低減することができる。

　図１３（Ａ）に示すように、レーザー光の照射により結晶性が高められた第１の結晶性半導体膜１４０１と、触媒元素により結晶化された後レーザー光の照射により結晶性が高められた第２の結晶性半導体膜１４０２とが、共に基板１４０３上に形成された状態を、実施の形態１または実施の形態２に従って形成する。第１の結晶性半導体膜１４０１はｎ型領域に、第２の結晶性半導体膜１４０２はｐ型領域に相当する

　そして、第１の結晶性半導体膜１４０１と第２の結晶性半導体膜１４０２を覆うように、マスク用の酸化シリコン膜１４０４を１５０ｎｍの厚さで形成し、パターニングにより開口部を設け、第２の結晶性半導体膜１４０２の一部を露出させる。そして、リンを添加して、第２の結晶性半導体膜１４０２にリンが添加された領域１４０５を設ける。

　この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行なうと、第２の結晶性半導体膜１４０２にリンが添加された領域１４０５がゲッタリングサイトとして働き、第２の結晶性半導体膜１４０２に残存していた触媒元素が、リンの添加されたゲッタリング領域１４０５に偏析する（図１３（Ｂ））。

　そして、リンが添加された領域１４０５とをエッチングして除去することにより、第２の結晶性半導体膜１４０２のうち除去されなかった部分において、触媒元素の濃度を１×１０¹⁷atoms/cm³以下にまで低減させることができる。

　次に、マスク用の酸化シリコン膜１４０４を除去し、第２の結晶性半導体膜１４０２のうち除去されなかった部分と、第１の結晶性半導体膜１４０１とをパターニングすることで、島状の半導体膜を形成することができる。

　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。

　本実施例では、本発明の作製方法を用いて形成された半導体装置の詳しい構成について説明する。なお、本実施例では発光素子を用いた発光装置を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。本発明は液晶表示装置であっても良いし、その他の半導体表示装置であっても良い。また、半導体表示装置以外の半導体装置であっても良い。

　図１４に示す本実施例の発光装置は、インターフェース（I/F）６５０と、パネルリンクレシーバー（Panel Link Receiver）６５１と、位相ロックドループ（PLL：Phase Locked Loop）６５２と、信号変換部（FPGA：Field Programmable Logic Device）６５３と、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic　Random　Access　Memory）６５４、６５５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６５７と、電圧調整回路６５８と、電源６５９とを有している。なお本実施例ではＳＤＲＡＭを用いているが、ＳＤＲＡＭの代わりに、高速のデータの書き込みや読み出しが可能であるならば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）や、ＳＲＡＭ（Static　Random　Access　Memory）を用いることができる。

　インターフェース６５０を介して発光装置に入力されたデジタルの映像信号は、パネルリンクレシーバー６５１においてパラレル−シリアル変換されてＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する映像信号として信号変換部６５３に入力される。

　またインターフェース６５０を介して発光装置に入力された各種信号をもとに、パネルリンクレシーバー６５１においてＨｓｙｎｃ信号、Ｖｓｙｎｃ信号、クロック信号ＣＬＫ、交流電圧（AC Cont）が生成され、信号変換部６５３に入力される。

　位相ロックドループ６５２では、発光装置に入力される各種信号の周波数と、信号変換部６５３の動作周波数の位相とを合わせる機能を有している。信号変換部６５３の動作周波数は半導体表示装置に入力される各種信号の周波数と必ずしも同じではないが、互いに同期するように信号変換部６５３の動作周波数を位相ロックドループ６５２において調整する。

　ＲＯＭ６５７は、信号変換部６５３の動作を制御するプログラムが記憶されており、信号変換部６５３はこのプログラムに従って動作する。

　信号変換部６５３に入力された映像信号は、一旦ＳＤＲＡＭ６５４、６５５に書き込まれ、保持される。信号変換部６５３では、ＳＤＲＡＭ６５４に保持されている全ビットの映像信号のうち、全画素に対応する映像信号を１ビット分づつ読み出し、信号線駆動回路６６０に入力する。

　また信号変換部６５３では、各ビットに対応する、発光素子の発光期間の長さに関する情報を走査線駆動回路６６１に入力する。

　また電圧調整回路６５８は各画素の発光素子の陽極と陰極の間の電圧を、信号変換部６５３から入力される信号に同期して調整する。電源６５９は一定の高さの電圧を、電圧調整回路６５８、信号線駆動回路６６０、及び走査線駆動回路６６１及び画素部６６２に供給している。

　本実施例は、実施例１または２と自由に組み合わせて実施することが可能である。

　半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ：Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる装置）などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図１５に示す。

　図１５（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、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。半導体装置を表示部２００３またはその他信号処理回路に用いることで、表示装置が完成する。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。

　図１５（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。半導体装置を表示部２１０２またはその他信号処理回路に用いることで、デジタルスチルカメラが完成する。

　図１５（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２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。半導体装置を表示部２２０３またはその他信号処理回路に用いることで、ノート型パーソナルコンピュータが完成する。

　図１５（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２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。半導体装置を表示部２３０２またはその他信号処理回路に用いることで、モバイルコンピュータが完成する。

　図１５（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２４０５、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。半導体装置を表示部Ａ２４０３、Ｂ２４０４またはその他信号処理回路に用いることで、画像再生装置が完成する。

　図１５（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２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。半導体装置を表示部２５０２またはその他信号処理回路に用いることで、ゴーグル型ディスプレイが完成する。

　図１５（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２６０６、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。半導体装置を表示部２６０２またはその他信号処理回路に用いることで、ビデオカメラが完成する。

　ここで図１５（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。半導体装置を表示部２７０３またはその他信号処理回路に用いることで、携帯電話が完成する。

　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、本実施例の電子機器は実施例１〜３に示したいずれの構成の半導体装置を用いても良い。

ＴＦＴの移動度と、｛１００｝面からの角度との関係を示す実測データ。 走査速度ごとの逆極点図。 走査速度と配向比率の関係を示す図。 横成長した半導体膜と、非晶質半導体膜とにレーザー光を照射した場合の逆極点図。 触媒元素を用いた結晶化の有無と、レーザー光の走査速度の制御により、結晶の配向率を制御する方法を示す概念図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 縦成長した半導体膜と、非晶質半導体膜とにレーザー光を照射した場合の逆極点図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 レーザー光の走査経路を示す図。 ゲッタリングの一実施例を示す図。 発光装置のブロック図。 電子機器の図。 単位時間当たり単位面積に与えられるエネルギーと、配向比率の関係を示す図。

Claims (14)

1. 　第１の島状の半導体膜を有するｐチャネル型ＴＦＴと、第２の島状の半導体膜を有するｎチャネル型ＴＦＴとを有する半導体装置の作製方法であって、
   　半導体膜に触媒元素を添加して加熱することで、結晶性が高められた第１の領域と、前記第１の領域と比較して結晶性が劣っている第２の領域とを形成し、
   　前記第１の領域に第１のレーザー光を照射することで、前記第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、
   　前記第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、前記第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、
   　前記第３の領域と前記第４の領域をパターニングして、前記第１の島状の半導体膜と、前記第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、
   　前記第１と第２のレーザー光は、互いにエネルギー密度が同じであり、
   　前記第１のレーザー光の走査速度は前記第２のレーザー光の走査速度より速いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 　基板上に第１の島状の半導体膜を有するｐチャネル型ＴＦＴと、第２の島状の半導体膜を有するｎチャネル型ＴＦＴを有する半導体装置の作製方法であって、
   　半導体膜の一部に触媒元素を添加して加熱することで、前記基板と平行な方向に結晶が成長した第１の領域と、前記第１の領域と比較して結晶性が劣っている第２の領域とを形成し、
   　前記第１の領域に第１のレーザー光を照射することで、前記第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、
   　前記第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、前記第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、
   　前記第３の領域と前記第４の領域をパターニングして、前記第１の島状の半導体膜と、前記第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、
   　前記第１と第２のレーザー光は、互いにエネルギー密度が同じであり、
   　前記第１のレーザー光の走査速度は前記第２のレーザー光の走査速度より速いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 　基板上に第１の島状の半導体膜を有するｐチャネル型ＴＦＴと、第２の島状の半導体膜を有するｎチャネル型ＴＦＴを有する半導体装置の作製方法であって、
   　半導体膜の表面の一部に触媒元素を添加して加熱することで、前記基板に対して垂直な方向に結晶が成長した第１の領域と、前記第１の領域と比較して結晶性が劣っている第２の領域とを形成し、
   　前記第１の領域に第１のレーザー光を照射することで、前記第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、
   　前記第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、前記第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、
   　前記第３の領域と前記第４の領域をパターニングして、前記第１の島状の半導体膜と、前記第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、
   　前記第１と第２のレーザー光は、互いにエネルギー密度が同じであり、
   　前記第１のレーザー光の走査速度は前記第２のレーザー光の走査速度より速いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、
   　前記第１のレーザー光の走査速度は、２０ｃｍ／ｓｅｃより速く２０００ｃｍ／ｓｅｃ以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
   　前記第２のレーザー光の走査速度は、１ｃｍ／ｓｅｃ以上２０ｃｍ／ｓｅｃ以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記第１または前記第２のレーザー光は、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またはＹ₂Ｏ₃レーザーから選ばれた一種または複数種を用いていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記第１または前記第２の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作製方法。
8. 　請求項１乃至請求項７において、前記第１または前記第２のレーザー光は第２高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 　第１の島状の半導体膜を有するｐチャネル型ＴＦＴと、第２の島状の半導体膜を有するｎチャネル型ＴＦＴとを有する半導体装置の作製方法であって、
   　半導体膜の第１の領域に、第１のレーザー光を照射することで、前記第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、
   　前記半導体膜の前記第１の領域とは異なる第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、前記第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、
   　前記第３の領域と前記第４の領域をパターニングして、前記第１の島状の半導体膜と、前記第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、
   　前記第２のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より高く、前記第１のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より低いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 　第１の島状の半導体膜を有するｐチャネル型ＴＦＴと、第２の島状の半導体膜を有するｎチャネル型ＴＦＴとを有する半導体装置の作製方法であって、
    　半導体膜に触媒元素を添加して加熱することで、結晶性が高められた第１の領域と、前記第１の領域と比較して結晶性が劣っている第２の領域とを形成し、
    　前記第１の領域に第１のレーザー光を照射することで、前記第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、
    　前記第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、前記第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、
    　前記第３の領域と前記第４の領域をパターニングして、前記第１の島状の半導体膜と、前記第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、
    　前記第２のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より高く、前記第１のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より低いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 　基板上に第１の島状の半導体膜を有するｐチャネル型ＴＦＴと、第２の島状の半導体膜を有するｎチャネル型ＴＦＴを有する半導体装置の作製方法であって、
    　半導体膜の一部に触媒元素を添加して加熱することで、前記基板と平行な方向に結晶が成長した第１の領域と、前記第１の領域と比較して結晶性が劣っている第２の領域とを形成し、
    　前記第１の領域に第１のレーザー光を照射することで、前記第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、
    　前記第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、前記第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、
    　前記第３の領域と前記第４の領域をパターニングして、前記第１の島状の半導体膜と、前記第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、
    　前記第２のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より高く、前記第１のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より低いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 　基板上に第１の島状の半導体膜を有するｐチャネル型ＴＦＴと、第２の島状の半導体膜を有するｎチャネル型ＴＦＴを有する半導体装置の作製方法であって、
    　半導体膜の表面の一部に触媒元素を添加して加熱することで、前記基板に対して垂直な方向に結晶が成長した第１の領域と、前記第１の領域と比較して結晶性が劣っている第２の領域とを形成し、
    　前記第１の領域に第１のレーザー光を照射することで、前記第１の領域よりも結晶性が高められた第３の領域を形成し、
    　前記第２の領域に第２のレーザー光を照射することで、前記第２の領域よりも結晶性が高められた第４の領域を形成し、
    　前記第３の領域と前記第４の領域をパターニングして、前記第１の島状の半導体膜と、前記第２の島状の半導体膜をそれぞれ形成し、
    　前記第２のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より高く、前記第１のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より低いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
13. 　請求項９乃至請求項１２のいずれか１項において、
    　前記第２のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より高くなおかつ３．１×１０^-8Ｗ・ｓ／ｃｍ²以下の範囲であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
14. 　請求項９乃至請求項１３のいずれか１項において、
    　前記第１のレーザー光の単位時間当たりに単位面積に与えるエネルギーは、２．２×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²以上でなおかつ４．７×１０^-9Ｗ・ｓ／ｃｍ²より低い範囲であることを特徴とする半導体装置の作製方法。