JP2005005448A

JP2005005448A - 多結晶半導体薄膜の製造方法

Info

Publication number: JP2005005448A
Application number: JP2003166541A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsunasawa; 啓綱沢; Junichiro Nakayama; 純一郎中山; Tetsuya Inui; 哲也乾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】レーザアニール法によって多結晶半導体薄膜を製造するに際し、１回のレーザビーム照射により、粒径が５μｍ程度またはそれ以上の大きさの結晶を、ほぼ同一方向に成長させる。
【解決手段】絶縁性基板と半導体薄膜との間に、第１熱伝導層と第１熱伝導層よりも熱伝導率が低い第２熱伝導層とを含む下地膜を設ける。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多結晶半導体薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）などを応用した表示装置に用いられる薄膜トランジスタは、多結晶シリコン薄膜または非晶質シリコン薄膜を活性層として含んでいる。このうち、多結晶シリコン薄膜を有するトランジスタは、電子の移動度が大きいことに基づき、多くの長所を有している。たとえば、画素部分にスイッチング素子を形成するとともに、その周辺部に駆動回路、周辺回路などを一体化して形成することができるので、表示装置にドライバＩＣおよび駆動回路基板を別途実装する必要がなくなり、表示装置の構造が簡略化され、その耐用性が向上するとともに、低価格化が実現される。また、トランジスタの寸法を微細化できるので、画素部分に形成するスイッチング素子が小さくなり、単位画素あたりの光の透過面積すなわち開口率を向上させることができ、ひいては高輝度、高精細な表示装置を提供することが可能になる。
【０００３】
従来から、多結晶シリコン薄膜は、たとえば、ガラス基板にＣＶＤ法などで非晶質シリコン薄膜を形成した後、非晶質シリコン薄膜を多結晶化することによって製造される。
【０００４】
非晶質シリコン薄膜を多結晶化する方法としては、たとえば、熱アニール法が知られている。熱アニール法では、非晶質シリコン薄膜を６００℃以上の高温に晒すので、非晶質シリコン薄膜を形成する基板には高耐熱性が要求される。高耐熱性の基板は高価格であり、表示装置の低価格化を妨げる。また、最近では、レーザアニール法が開発されている。レーザアニール法は、通常、ガラス基板などに高耐熱性の二酸化シリコン膜を形成し、さらにその上に非晶質シリコン薄膜を形成し、これに４００℃程度の加熱下で長さ２００〜４００ｍｍ程度、幅０．２〜１．０ｍｍ程度の線状レーザビームを照射して非晶質シリコンを溶融させ、結晶を成長させる方法である。このとき、レーザビームを照射された全領域の非晶質シリコンが溶融するのではなく、溶融部と非溶融部とが発生し、非晶質シリコンである非溶融部には成長の核になる結晶が存在せず、溶融部の中に結晶核が点在するように発生するので、結晶がランダムな方位に成長し、結晶方位がランダムな粒径０．２〜０．５μｍ程度の結晶粒が形成される。なお、二酸化シリコン膜は、基板に由来する不純物がシリコン膜に拡散するのを防止するために設けられる。レーザアニール法では、安価なガラス基板を利用できるので、表示装置の価格を低くすることができる。しかしながら、液晶などの表示装置には、一層の高輝度化および高精細化が求められている。そのためには、多結晶体中におけるシリコン結晶粒の粒径をさらに大きくし、かつ結晶粒の成長方位を制御し、単結晶シリコンに近い性能を有する多結晶体を得ることが必要であり、レーザアニール法の改良法が種々提案されている。
【０００５】
たとえば、基板の表面に二酸化シリコン膜を形成し、さらにその上に形成された非晶質シリコン膜にレーザビームを照射し、非晶質シリコン膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融させ、溶融部分と未溶融部分との境界から横方向、すなわち基板面に平行な方向に結晶粒が成長（スーパーラテラル成長）するように制御し、針状のシリコン多結晶体を得るレーザアニール法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この方法によれば、結晶粒の成長方位を揃えることができる。しかしながら、この方法では、結晶成長が、溶融部分と未溶融部分との境界から、レーザ照射領域の幅方向に対する中央部にまで達することがなく、該中央部においては別個に微細結晶からなる多結晶構造が形成され、照射領域全域にわたって膜特性が均一な多結晶シリコン膜を得ることができない。また、１回のレーザ照射による結晶粒の成長距離は１〜２μｍにすぎず、大きな結晶粒を得るには、レーザを繰り返し照射する必要がある。しかも、結晶を引継いで成長させるためには、前回の照射で形成された結晶にオーバーラップするようにレーザを照射するという煩雑な作業が必要になる。
【０００６】
また、基板上に、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基、フェニル基またはトリフロロメチル基を含有する酸化シリコンからなる断熱層を形成し、この断熱層の上に酸化シリコン、窒化シリコンなどからなる絶縁層を形成し、さらにその上に非晶質シリコン膜を形成し、これにレーザビームを照射して非晶質シリコンを結晶化し、多結晶シリコン薄膜を得る方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法によれば、基板と非晶質シリコン膜との間に断熱層を設け、レーザビームの照射による熱エネルギーが基板側に流出するのを防止することによって、非晶質シリコンが溶融状態にある時間、ひいては結晶粒が成長する時間を延長し、一層大きな結晶粒を得ようとしている。しかしながら、この方法において、結晶が横方向に成長する距離は、非晶質シリコン膜の膜厚の２倍程度にすぎず、表示装置の周辺部への駆動回路、周辺回路などの一体化、表示装置の高輝度化および高精細化などに必要と考えられている５μｍ以上の結晶粒を得るためには、レーザビームの照射幅を拡大することが必要である。ところが、レーザビームの照射幅を拡大すると、特許文献１の技術と同様に、照射領域の中央部で微細な多結晶構造が形成され、均一な膜特性を有する多結晶シリコン膜を得ることができない。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３２０４９８６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２７４０８７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、液晶、ＥＬなどを利用する表示装置の高輝度化および高精細化に有効な大きさを有する結晶粒が、ほぼ同じ方向に成長し、均一な膜特性を有する多結晶半導体薄膜を効率よく製造する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁性基板に下地膜を形成する工程と、下地膜の上に半導体薄膜を形成する工程と、半導体薄膜にレーザビームを照射して、半導体薄膜を融解および結晶化する工程とを含む多結晶半導体薄膜の製造方法であって、
絶縁性基板に下地膜を形成する工程は、
第１熱伝導層を形成する工程と、
第１熱伝導層よりも熱伝導率が低い第２熱伝導層を、第１熱伝導層中に、第１熱伝導層の長手方向に対して平行に１層以上配置されるように形成する工程とを含むことを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法である。
【００１０】
本発明に従えば、絶縁性基板上に形成された半導体薄膜にレーザビームを照射して多結晶半導体薄膜を製造するに際し、絶縁性基板と半導体薄膜との間に、第１熱伝導層と第１熱伝導層よりも熱伝導率が低い第２熱伝導層とを含んで構成される下地膜を形成することによって、この下地膜がレーザビームの照射により溶融した半導体材料の結晶成長および成長の方位を制御するので、従来技術のようにレーザビーム照射領域の中央部に微細結晶からなる多結晶構造が形成されることがなく、表示装置の周辺部への駆動回路、周辺回路などの一体化、表示装置の高輝度化および高精細化などに有効とされる粒径５μｍ程度またはそれ以上の結晶粒がほぼ同一方向に成長し、膜全体が均一な特性を有する、良質な多結晶半導体薄膜を形成することができる。しかも、このような多結晶半導体薄膜を、１回のレーザビーム照射でも形成することができ、結晶成長は非常に急速に進行する。さらに、特殊な材料を必要とせず、レーザビームを照射するレーザアニール法によって結晶成長を行うことができる。したがって、本発明の方法によって、良質な多結晶半導体薄膜を効率よく、極めて短時間でかつ低コストで製造することができる。
【００１１】
また本発明の製造方法は、半導体薄膜にレーザビームを照射する工程が、第２熱伝導層または第２熱伝導層およびその周囲に存在する第１熱伝導層の一部もしくは全部を含む領域の上層を構成する半導体薄膜にレーザビームを照射する工程であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、半導体薄膜の全面ではなく、第２熱伝導層または第２熱伝導層とその周囲の第１熱伝導層とを含む領域の上層に相当する部分の半導体薄膜にレーザビームを照射することによって、良質な多結晶半導体薄膜を一層効率良く製造することができる。
【００１３】
また本発明の製造方法は、半導体薄膜にレーザビームを照射する工程が、半導体薄膜を融解および結晶化することができるエネルギを半導体薄膜に与える第１のレーザビームと、半導体薄膜による吸収率が第１のレーザビームよりも小さく、かつ半導体薄膜を融解および結晶化することができるエネルギよりも小さいエネルギを半導体薄膜に与える第２のレーザビームとを半導体薄膜に照射する工程であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、半導体薄膜にレーザビームを照射するにあたり、半導体薄膜を構成する半導体材料を融解および結晶化することができるエネルギを半導体薄膜に与える第１のレーザビームおよび第１のレーザビームよりも半導体薄膜に吸収され難く、かつ半導体薄膜を融解および結晶化することができるエネルギよりも小さいエネルギを半導体薄膜に与える第２のレーザビームという２種類のレーザビームを用いることによって、第２のレーザビームが、半導体薄膜を融解させることなく、絶縁性基板、下地膜および半導体薄膜を含む積層体全体の温度を上昇させるので、第１のレーザビームによる半導体薄膜の融解領域をさらに拡大することができ、また半導体薄膜を構成する半導体材料が融解状態にある時間を半導体薄膜全域にわたってさらに長くすることができる。したがって、一層大きな粒子径を有する半導体結晶からなる多結晶半導体薄膜を得ることができる。
【００１５】
また本発明の製造方法は、前述の下地膜が、第２熱伝導層と、第２熱伝導層の長手方向に対して直交する方向に隣接するように配置される第１熱伝導層とから形成されることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の製造方法は、前述の第１熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅が、前述の第２熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅の１／２以上であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明の製造方法は、前述の第２熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅が、３〜７μｍであることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、第２熱伝導層の長手方向の両側に隣接するように第１熱伝導層を配置するように下地膜を形成することによって、好ましくは第１熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅を、第２熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅の１／２以上にすることによって、さらに好ましくは第２熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅を３〜７μｍとすることによって、レーザビーム照射領域の中央部において、微細な結晶からなる多結晶構造が形成されるのが一層防止され、結晶化が一層均一に進行し、一層良好な多結晶半導体薄膜を製造することができる。
【００１９】
また本発明の製造方法は、前述の第１熱伝導層が固体状の絶縁性無機化合物を含み、かつ前述の第２熱伝導層が多孔質性の絶縁性無機化合物を含むことを特徴とする。
【００２０】
また本発明の製造方法は、前述の第１熱伝導層が固体状の酸化シリコンまたは窒化シリコンを含み、かつ前述の第２熱伝導層が多孔質性の酸化シリコンまたは窒化シリコンを含むことを特徴とする。
【００２１】
また本発明の製造方法は、前述の第１熱伝導層が固体状の窒化シリコンを含み、かつ前述の第２熱伝導層が多孔質性の酸化シリコンを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、第１熱伝導層を構成する物質として固体状の絶縁性無機化合物、好ましくは固体状酸化シリコンまたは窒化シリコン、より好ましくは固体状窒化シリコンを用い、かつ第２熱伝導層を構成する物質として多孔質性の絶縁性無機化合物、好ましくは多孔質性酸化シリコンまたは窒化シリコン、より好ましくは多孔質性酸化シリコンを用いる場合には、下地膜は、溶融した半導体の結晶化を制御するだけではなく、得られる多結晶半導体薄膜中に不純物が拡散するのを防止することができる。また、低熱伝導体として多孔質体を用い、レーザビーム照射条件（照射時間、照射照度、雰囲気温度など）に対し、多孔質体の空孔密度を適宜選択することによって、結晶成長長さを最大限に大きくすることができるという利点がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明による多結晶半導体薄膜は、絶縁性基板、第１熱伝導層と第１熱伝導層よりも熱伝導率が低い第２熱伝導層とを含み、第２熱伝導層は、第１熱伝導層中に、第１熱伝導層の長手方向に対して平行に１層以上配置されるように形成される下地膜、および半導体薄膜を順次積層して積層体を作成し、これにレーザビームを照射して半導体薄膜を構成する半導体材料を融解し、結晶化することによって製造することができる。
【００２４】
図１〜図４は、本発明の製造方法において、レーザビームを照射するために作成する積層体の実施の第１〜第４形態である積層体１ａ〜１ｄの構成を模式的に示す、長手方向に対して直交する方向の断面図である。
【００２５】
積層体１ａ〜１ｄは、いずれも、絶縁性基板２、絶縁性基板２上に形成される下地膜３および下地膜３上に形成される半導体薄膜４からなり、下地膜３が第１熱伝導層５と第２熱伝導層とを含む点で同一であり、下地膜３における第１熱伝導層５および第２熱伝導層６の配置が異なる。
【００２６】
図１に示す積層体１ａの下地膜３では、第２熱伝導層６は第１熱伝導層５中に形成され、第２熱伝導層６の長手方向の４面が第１熱伝導層５に接する。このような第２熱伝導層６を２層以上形成してもよい。
【００２７】
図２に示す積層体１ｂの下地膜３では、第２熱伝導層６は第１熱伝導層５中に形成され、第２熱伝導層６における長手方向の一方の面６ａが基板表面２ａに接し、他の３面が第１熱伝導層５に接する。
【００２８】
図３に示す積層体１ｃの下地膜３では、第２熱伝導層６は第１熱伝導層５中に形成され、第２熱伝導層６における長手方向の他方の面６ｂが、半導体薄膜面４ａに接し、他の３面が第１熱伝導層５に接する。
【００２９】
図４に示す積層体１ｄの下地膜３では、第２熱伝導層６の長手方向の、基板表面に対して直交する両端面６ｃ，６ｄに隣接するように第１熱伝導層５ａ，５ｂが配置される。第２熱伝導層６の厚み方向の対向面は、一方の面６ａが基板表面２ａに接し、他方の面６ｂが半導体薄膜面４ａに接する。第１熱伝導層５ａ，５ｂも同様に、その厚み方向の対向面のうち、一方の面が基板表面２ａに接し、他方の面が半導体薄膜面４ａに接する。すなわち、第２熱伝導層６が、その長手方向に対する直角方向において、２つの第１熱伝導層５ａ，５ｂによって挟まれるようにして下地膜３が形成される。
【００３０】
本実施の形態において、下地膜３に第２熱伝導層６が存在する部分の幅ｘおよび第１熱伝導層５のみが存在する部分の幅ｙ，ｚは特に制限されず、広い範囲から適宜選択できるけれども、ｘは形成しようとする結晶粒の粒径（結晶粒の成長長さ）とほぼ等しくするのが好ましい。また、ｘとｙ，ｚとの関係も特に制限されないけれども、ｙ≧ｘ／２、ｚ≧ｘ／２の関係を満たすようにｘ、ｙおよびｚを選択するのが好ましく、前記の関係を満たしかつｙおよびｚを等しくするのがさらに好ましい。たとえば、良好なトランジスタを形成するために必要とされる、粒径５μｍまたはそれ以上の結晶粒を得ようとする場合には、ｘを３〜７μｍ、好ましくは５μｍ程度とし、ｙおよびｚをそれぞれ１．５〜３．５μｍ以上、好ましくは２．５μｍ程度とすればよい。
【００３１】
また本実施の形態において、第２熱伝導層６を、下地膜３の長手方向に対する直交する方向における中央部に配置するのが好ましい。
【００３２】
また本実施の形態において、絶縁性基板２と下地膜３との間に、絶縁性基板２に由来する不純物が下地膜３を介して半導体薄膜４に拡散するのを防止するために、図示しない不純物拡散防止層を設けてもよい。
【００３３】
本実施の形態の中でも、レーザビーム照射により溶融した半導体薄膜の結晶成長および成長方位を一層確実に制御するという観点から、積層体１ｄが好ましい。
【００３４】
本実施の形態に用いられる絶縁性基板２としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ガラス基板（特に無アルカリガラス基板）、石英基板などが挙げられる。
【００３５】
下地膜３中の第１熱伝導層５を構成する第１熱伝導物質および第２熱伝導層６を構成する第２熱伝導物質としては、特に制限されず、この分野で常用される絶縁性無機化合物の中から、第１熱伝導物質および第１熱伝導物質よりも熱伝導率が相対的に低い第２熱伝導物質を適宜選択して使用することができる。絶縁性無機化合物としては、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンなどが挙げられる。
【００３６】
具体的には、たとえば、第１熱伝導物質として窒化シリコンを用い、第２熱伝導物質として酸化シリコンを用いることができる。このような構成を採用すると、下地膜が不純物拡散防止層としても働くので、絶縁性基板と下地膜との間に別途無機絶縁膜を形成することを省略することができ、本発明の製造方法の工程を簡略化することができる。
【００３７】
また、第１熱伝導物質として固体状の絶縁性無機化合物を用い、第２熱伝導性物質として絶縁性無機化合物の多孔質体を用いることができる。このとき、絶縁性無機化合物は同じものを用いてもよい。たとえば、第１熱伝導化合物として固体状酸化シリコンを用い、第２熱伝導化合物として酸化シリコンの多孔質体を用いることができる。この場合にも、下地膜が不純物拡散防止層として働くので、絶縁性基板と下地膜との間に、別途無機絶縁膜を形成することを省略できる。また、第２熱伝導化合物として多孔質体を用いる場合には、レーザ照射時の諸条件（たとえばレーザ照射時間、照射照度、雰囲気温度など）に応じて、多孔質体の空孔密度すなわち熱伝導率を適宜選択することによって、結晶成長長さを最大にする最適化を極めて容易に実施することができる。さらに、第１熱伝導化合物として固体状窒化シリコンを用い、第２熱伝導化合物として窒化シリコンの多孔質体または酸化シリコンの多孔質体を用いることもできる。
【００３８】
第１熱伝導層５および第２熱伝導層６は、蒸着法、スパッタ法、気相成長（ＣＶＤ）法などの公知の薄膜形成法に従って形成することができる。
【００３９】
第１熱伝導層５および第２熱伝導層６からなる下地膜３の膜厚は特に制限されないけれども、通常は数十〜数百ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍである。
【００４０】
半導体薄膜４は、通常、非晶質の半導体材料を含んで構成される。非晶質の半導体材料としては公知のものを使用でき、たとえば、シリコン、ゲルマニウム、ＡｕＳｉ、ＰｄＳｉ、Ｃｕ_４０Ｚｒ_６０、Ｆｅ_２０Ｂ_２０、Ｃｏ_９０Ｚｒ_１０、Ｎｉ_７８Ｓｉ_１０Ｂ_１２などの非晶質体が挙げられる。これらの中でも、シリコンが好ましい。また、前記半導体材料の微結晶からなる多結晶半導体薄膜を用いることもできる。半導体薄膜は、たとえば気相成長（ＣＶＤ）法、スパッタ法、蒸着法などの公知の薄膜形成法に従って形成することができる。これらの中でも、気相成長法が好ましい。半導体薄膜の厚さは特に制限されず、求められるトランジスタの特性、半導体薄膜を形成するための条件などに応じて適宜選択することができるけれども、通常は数十〜数百ｎｍ、好ましくは３０〜１００ｎｍである。
【００４１】
絶縁性基板２と下地膜３との間に、必要に応じて設けられる不純物拡散防止層は、絶縁性無機化合物を含んで構成される。絶縁性無機化合物としてはこの分野で常用されるものを使用でき、その中でも酸化シリコンが好ましい。不純物拡散防止層は、蒸着法、スパッタ法、気相成長（ＣＶＤ）法などの公知の薄膜形成法に従って形成することができる。
【００４２】
たとえば、絶縁性基板２がガラス基板であり、第１熱伝導層５ａ，５ｂを構成する第１熱伝導物質が窒化シリコンであり、第２熱伝導層６を構成する第２熱伝導物質が酸化シリコンであり、および半導体薄膜４が非晶質シリコンである図４の構成を有する積層体は、公知の方法に従って、次のようにして製造できる。
【００４３】
まず、ガラス基板２上の第２熱伝導層６が形成される面にマスクを設置し、第１熱伝導層５ａ，５ｂが形成される面を露出させ、この露出面に、窒化シリコンからなる膜を形成し、第１熱伝導層５ａ，５ｂとする。窒化シリコンからなる膜は、たとえば、気相成長法に従い、ソースガスとしてシランおよびキャリアガスとして水素と窒素との混合ガスを用い、これらを９００℃までの加熱下に絶縁性基板２の表面に供給することによって形成することができる。プラズマ気相成長法によれば、４５０〜５５０℃の温度下に窒化シリコン膜を形成することができる。次いで、第２熱伝導層６が形成される面に設置されたマスクを取り除いて、第２熱伝導層６が形成される面を露出させ、一方、窒化シリコンからなる第１熱伝導層５ａ，５ｂの上に、これらの形に対応するマスクを設置し、第２熱伝導層６が形成される面に酸化シリコンからなる膜を形成する。酸化シリコンからなる膜は、たとえば、気相成長法に従い、ソースガスとしてシランおよびキャリアガスとして水素と一酸化炭素との混合ガスを用い、これらを４００℃までの加熱下に絶縁性基板２の表面に供給することによって形成することができる。このようにして、ガラス基板２上に、第１熱伝導層５ａ，５ｂと第２熱伝導層６とからなる下地膜３が形成される。さらに、下地膜３の上に非晶質シリコンからなる膜を形成することによって、本発明の製造方法で使用する積層体が得られる。非晶質シリコンからなる膜は、たとえば、気相成長法（特にプラズマ気相成長法）に従い、ジシランガスを２００〜３００℃の温度下および１００Ｐａ程度の圧力下に下地膜３の表面に供給することによって形成することができる。
【００４４】
本発明の製造方法においては、絶縁性基板、下地膜および半導体薄膜からなる積層体に、レーザビームを照射するレーザアニール処理を施す。
【００４５】
レーザアニール処理は、たとえば、公知のレーザアニール処理装置を用いて行われる。
【００４６】
図５は、本発明において使用するレーザアニール処理装置の構成を概略的に示す系統図である。レーザアニール処理装置１１は、レーザ発振器１２、図示しないホモジナイザ、エキスパンダなどを含む光学素子１３、レーザ反射板１４、フィールドレンズ１５、フォトマスク１６、対物レンズ１７およびステージ１８を含んで構成される。
【００４７】
レーザ発振器１２は、シリコンなどの半導体材料に充分吸収されかつ半導体材料を溶融することができるパルス状のレーザビーム１９を放出するものであれば特に制限されないけれども、たとえば、エキシマレーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザに代表される各種固体レーザなど、紫外域の波長を有する光源が好ましい。このような光源から発せられる２倍高調波が好ましい。エキシマレーザを用いる場合、パルス幅は１０〜数１０ｎｓであり、半導体薄膜はほぼ瞬時に溶融するけれども、その後冷却され、その過程で結晶化が生じる。またレーザビーム１９の波長は特に制限されず、レーザビーム１９を照射する半導体材料の種類などに応じて適宜選択できる。たとえば、半導体材料が非晶質シリコンまたはシリコンである場合には、吸収率などを考慮すると、５５０ｎｍまたはそれよりも短い波長であることが好ましい。
【００４８】
光学素子１３に含まれるホモジナイザは、レンズアレーまたはシリンドリカルレンズアレーより構成され、レーザビーム１９を分割して再合成することによって、レーザビーム１９断面内の放射照度を一様化するためのものである。またエキスパンダは、望遠系または縮小系を有する光学機器であり、レーザビーム１９の大きさを適宜変換するためのものである。より具体的には、フォトマスク１６上でのレーザビーム１９の照射領域の大きさを決定するものである。
【００４９】
反射板１４は、レーザビーム１９の進行方向を変えて、フィールドレンズ１５に入射させるためのものである。
【００５０】
フィールドレンズ１５は、フォトマスク１６を通過したレーザビーム１９を結像面に垂直に入射させる機能を有する。ここでの結像面とは、半導体薄膜、下地膜および絶縁性基板からなる基板１の半導体薄膜表面である。
【００５１】
フォトマスク１６は、基板上に遮光部と開口部とを形成したものである。基板には、石英、ガラスなどが用いられる。遮光部には、クロム、ニッケル、アルミニウムなどの金属薄膜、誘電体を多層積層した反射膜または吸収膜などが用いられる。開口部は、フォトマスク１６に照射されるレーザビーム１９を通過させるためのものである。開口部の形状によって、基板１の半導体薄膜表面に結像される像の形状が決定される。開口部は、通常、１または２以上のスリットとして形成される。スリットの幅は特に制限されず、基板１における下地膜中の第２熱伝導層の形状などに応じて適宜選択できるけれども、通常は１〜１００μｍである。開口部におけるスリットの長さおよびスリット数は特に制限されず、結晶化条件、最終デバイス形状などに応じて適宜選択すればよい。
【００５２】
対物レンズ１７は、フォトマスク１６の開口部を通過した光を、積層体１の半導体薄膜表面に結像させる。
【００５３】
ステージ１８は、レーザビーム１９の照射を受け、レーザビーム１９による像が結像される積層体１を載置するためのものである。ステージ１８は、ステージ１８を２軸方向に移動可能にする手段および／またはレーザビーム１９による結像を特定方向に走査することを可能にする手段を含んでいてもよい。
【００５４】
このような構成を有するレーザアニール装置１０によれば、まず、レーザ発振器１２から出射されたレーザビーム１９は、光学素子１３中のエキスパンダによって適切なビームサイズに変換され、さらにホモジナイザによってビーム断面における放射照度の一様化が図られたうえ、反射板１４によって進行方向を変えられ、フィールドレンズ１５を通過してフォトマスク１６に照射される。フォトマスク１６に達したレーザビーム１９の一部は開口部を通過し、さらに対物レンズ１７を通過して、積層体１の半導体薄膜表面に結像する。この像は、フォトマスク１６の開口部の形状に対応しているので、半導体薄膜の一部にレーザビーム１９が照射され、その他の部分にはレーザビーム１９が照射されない状態が得られる。
【００５５】
積層体１の半導体薄膜上に結像される像の光学倍率は特に制限されないけれども、通常は等倍〜１／１０程度である。すなわち、フォトマスク１６上の開口部の像が、等倍像から１／１０の大きさに縮小されて結像される。たとえば、開口部の幅を４０μｍおよび光学倍率を１／４にすると、半導体薄膜上に、１／４に縮小された、幅１０μｍの開口部の像が結像する。すなわち、像の幅を、所望する結晶粒の長さ、すなわち結晶粒の粒径（約５μｍ）の２倍である１０μｍに設定することができる。
【００５６】
対物レンズの分解能は、開口部の像が半導体薄膜上の像として分解できる分解能に設定する。つまり、半導体薄膜上における開口部の像の幅を分解できる分解能に設定すればよい。具体的に、対物レンズの開口数をＮＡ、レーザビームの波長をλとすると、分解能はおおむねλ／ＮＡで表されるので、前記分解能λ／ＮＡが半導体薄膜上における開口部の像の幅とほぼ同じ値になるように、開口部の幅を設定するか、分解能を開口部の幅に等しいか、より小さな値になるように対物レンズのＮＡを設定すればよい。
【００５７】
このようにして、半導体薄膜上に開口部の像を結像させ、そのレーザパワーによって半導体薄膜を構成する半導体材料を溶融させた後、レーザビームの照射を止めると、半導体薄膜内の温度が低下し、レーザビーム照射領域の中央部においてランダムな方位に結晶粒が成長することがなく、溶融部と非溶融部との境界から中央部に向けて結晶粒が成長する。これは、半導体薄膜の下層にある下地膜が、その長手方向に直交する方向に、第１熱伝導層、第２熱伝導層および第１熱伝導層が並列配置された構造であり、下地膜の中央部付近に第２熱伝導層が位置し、第２熱伝導層の上層部分の半導体薄膜（すなわち半導体薄膜のレーザビーム照射領域における中央部）の温度が下がり難くなるので、半導体薄膜のレーザビーム照射領域における中央部の温度と、その端部（溶融部と非溶融部との境界に相当する部分）の温度との温度差が極めて大きい状態が生じることによるものであると考えられる。その結果、結晶粒の成長、すなわち結晶化は、半導体薄膜のレーザビーム照射領域の温度勾配に従って、レーザビーム照射領域の長手方向に直交する方向の両端部から中心部まで一気に進行し、有効な粒径を有する半導体材料の柱状晶または針状晶が形成され、良質の多結晶半導体薄膜が得られる。
【００５８】
図６は、本発明において使用する別形態のレーザアニール処理装置の構成を概略的に示す系統図である。レーザアニール装置２０は、第１のレーザビーム発生手段２１と第２のレーザビーム発生手段２２とを含んで構成される。
【００５９】
第１のレーザビーム発生手段２１は、レーザアニール装置１１と同じ構成を有するので、同一の参照符号を付して説明を省略する。第１のレーザビーム発生手段２１によって発生する第１のレーザビーム２３は、半導体薄膜を融解および結晶化することができるエネルギを半導体薄膜に与えることができるレーザビームである。第１のレーザビーム２３は、レーザアニール装置１１の場合と同様にして、ステージ１８に載置された積層体１に照射され、積層体１表面の半導体薄膜を融解および結晶化する。
【００６０】
第２のレーザビーム発生手段２２は、レーザ発振器２４、光学素子２５、レーザ反射板２６、フィールドレンズ２７および対物レンズ２８を含んで構成される。レーザ発振器２４は、半導体薄膜に吸収される割合が第１のレーザビーム２３よりも小さく、かつ半導体薄膜を融解および結晶化することができるエネルギよりも小さいエネルギを半導体薄膜に与えるレーザビームを放出するものであれば特に制限されないけれども、たとえば、炭酸ガスレーザなどが挙げられる。炭酸ガスレーザによるレーザビームは半導体薄膜を透過し、下地膜または絶縁性基板に吸収されるので、炭酸ガスレーザのレーザ強度を適宜調整することで、半導体薄膜を融解させることなく、積層体１全体の温度を高くすることができる。炭酸ガスレーザは、パルス幅が数百μｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ程度のものを使用すればよい。
【００６１】
第２のレーザビーム発生手段２２によれば、レーザ発振器２４から出射された第２のレーザビーム２９は、光学素子２５中でビームサイズの変換およびビーム断面における放射照度の一様化を施されたうえ、レーザ反射板２６によって進行方向を変えられ、フィールドレンズ２７および対物レンズ２８を通過し、積層体１の半導体薄膜表面に結像する。第２のレーザビーム２９は、半導体薄膜を融解および結晶化することはないけれども、半導体薄膜を含む積層体１全体を高温状態にすることができる。これに、第１のレーザビーム２３を照射することによって、半導体薄膜における溶融領域を拡大することができ、しかも半導体薄膜が溶融状態にある時間を長くすることができるので、結晶の粒子径をさらに大きくすることができる。このとき、第１熱伝導層および第２熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅をさらに大きくすることによって、および／または、フォトマスク１６の開口部のスリット幅をさらに拡大することによって、一層大きな粒子径を有する結晶からなる多結晶半導体薄膜を得ることができる。
【００６２】
本実施の形態において、第１のレーザビーム２３と第２のレーザビーム２９とは、同時に積層体１に照射してもよく、または第２のレーザビーム２９の照射を開始し、それを維持した状態でさらに第１のレーザビーム２３を照射してもよい。第２のレーザビーム２９を照射した後に、第１のレーザビーム２３を照射してもよい。さらに、第１のレーザビーム２３を照射した後に、第２のレーザビーム２９を照射してもよい。
【００６３】
また本実施の形態において、第１のレーザビーム２３および第２のレーザビーム２９の照射領域は特に制限されることはないけれども、第１のレーザビーム２３は、第２熱伝導層または第２熱伝導層とその周囲の第１熱伝導層の一部もしくは全部を含む領域の上層を構成する半導体薄膜に照射するのが好ましい。また、第２のレーザビーム２９は、第１のレーザビーム２３が照射される領域の一部または全部を含む領域、好ましくは全部を含む領域に照射する。
【００６４】
［実施例］
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
【００６５】
実施例１
図７は、本発明の製造方法においてレーザビームを照射するための積層体３０の構造を模式的に示す断面図および積層体３０にレーザビームを照射したときの、半導体薄膜における温度の経時変化を示すグラフである。
【００６６】
積層体３０は、ガラス基板３１、下地膜３２および非晶質シリコン薄膜３３を含んで構成される。下地膜３２は、その長手方向に直交する方向の中央部に、多孔質性酸化シリコンからなる第２熱伝導層３５が設けられ、第２熱伝導層３５の両側に、固体状酸化シリコンからなる第１熱伝導層３４ａ，３４ｂが配置される。第１熱伝導層３４ａ，３４ｂの長手方向に直交する方向の幅は、それぞれ２．５μｍである。第２熱伝導層３５の長手方向に直交する方向の幅は、５μｍである。下地膜３２の膜厚は１００ｎｍである。非晶質シリコン薄膜３３の膜厚は５０ｎｍである。
【００６７】
また、図７のグラフにおいて、横軸は、非晶質シリコン薄膜３３の中心線３６から左右への長さ（μｍ）を示し、中心線３６の位置が「０」になる。縦軸は、各位置におけるレーザビーム照射後の温度（℃）を示す。中心線３６は、非晶質シリコン薄膜３３の長手方向に直交する方向の中心線である。
【００６８】
非晶質シリコン薄膜３３に照射したレーザビームは、波長３０８ｎｍおよびパルス幅２５ｎｓのＸｅ−Ｃｌエキシマレーザであり、照射時間は７０ｎｓである。エキシマレーザの照射幅は、フォトマスク開口部のスリット幅を４０μｍおよび光学倍率を１／４とすることにより１０μｍである。照射領域は、第２熱伝導層３５およびその周囲に存在する第１熱伝導層３４ａ，３４ｂを含む領域の上層を構成する非晶質シリコン薄膜３３の領域であり、より具体的には非晶質シリコン薄膜３３の中心線３６から左右５μｍずつの領域である。
【００６９】
非晶質シリコン薄膜３３にエキシマレーザを照射すると照射領域の非晶質シリコンが溶融し、レーザ照射を停止すると溶融したシリコンの結晶化が始まる。非晶質シリコン薄膜３３のレーザ照射後４０〜１８０ｎｓの温度は、図７、グラフの温度曲線から明らかなように、非晶質シリコン薄膜３３の中心線３６に遠い部分ほど温度が低くなるのが早く、より早い時点でシリコンの融点（１４１４℃）を下回る。特に、非晶質シリコン薄膜３３の第１熱伝導層３４ａ，３４ｂの上層に当たる部分は、レーザ非照射領域および熱伝導率の高い第１熱伝導層３４ａ，３４ｂに接するので、レーザ非照射領域および積層体３０の厚み方向に向けて熱が放散し、温度の低下が早くなる。一方、非晶質シリコン薄膜３３の中心線３９に近い部分は、レーザ非照射領域に接しておらずかつ熱伝導率の低い第２熱伝導層３５に接するので、熱の放散が少なく、照射後１６０ｎｓを経過しても、シリコンが溶融状態を保つのに必要な約１４００℃の温度が維持される。このため、溶融したシリコンの結晶化は、シリコンの溶融部分と非溶融部分との境界３７ａ，３７ｂから中心線３６に向かって矢符３８ａ，３８ｂの方向（横方向）に進行し、中心線３６まで達し、粒径Ｌが４μｍを超える非常に大きな柱状晶からなる多結晶構造が得られる。
【００７０】
すなわち本発明の方法によれば、非晶質シリコン薄膜にレーザビームを照射した領域の大部分が、粒径の大きな柱状晶からなり、その長手方向に直交する方向の幅Ｄが８μｍを超える大きな多結晶シリコン薄膜に変換される。このような多結晶シリコン薄膜は、液晶、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）などを応用した表示装置に用いられる薄膜トランジスタとして非常に好適に使用できる。
【００７１】
また、レーザビーム照射幅を大きくすることによって、粒径が一層大きな結晶からなる多結晶半導体薄膜を容易に得ることができる。
【００７２】
図８は、本発明の製造方法により得られる多結晶シリコン薄膜４０の構造を示す平面図である。多結晶シリコン薄膜４０は、粒径Ｌの柱状シリコン結晶４１が２列に並んだ多結晶シリコン層４２を有し、多結晶シリコン層４２の長手方向に直交する方向の幅Ｄは柱状シリコン結晶４１の粒径Ｌの約２倍である。多結晶シリコン層４２の両端部には、レーザビームを照射しない部分の非晶質シリコン層４３ａ，４３ｂが残存する。
【００７３】
実施例２
図７に示す積層体３０に、図６に示すレーザアニール処理装置２０を用いて、２種類のレーザビームを照射し、多結晶半導体薄膜を製造した。
【００７４】
第１のレーザビームには、波長３０８ｎｍおよびパルス幅２５ｎｓのＸｅ−Ｃｌエキシマレーザを用いる。照射時間は７０ｎｓである。照射幅は、実施例１と同様にして、フォトマスク開口部のスリット幅を４０μｍおよび光学倍率を１／４とすることにより１０μｍである。照射領域は、第２熱伝導層３５およびその周囲に存在する第１熱伝導層３４ａ，３４ｂを含む領域の上層を構成する非晶質シリコン薄膜３３の領域であり、具体的には非晶質シリコン薄膜３３の中心線３６から左右５μｍずつの領域である。
【００７５】
第２のレーザビームには、波長１０．６μｍおよびパルス幅４．０ｍｓｅｃの炭酸ガスレーザを用いる。照射領域は、直径２ｍｍの円形領域とし、エキシマレーザの照射領域を完全に含むように照射する。炭酸ガスレーザ照射後３．８ｍｓｅｃ経過後に、エキシマレーザの照射を行う。
【００７６】
炭酸ガスレーザの非晶質シリコン薄膜３３による吸収率は、第１のレーザビームであるＸｅ−Ｃｌエキシマレーザの非晶質シリコン薄膜３３による吸収率よりも小さい。また、前述の波長およびパルス幅を有する炭酸ガスレーザを照射するだけでは、非晶質シリコン薄膜３３の融解および結晶化は起こらない。
【００７７】
これによって、図８に示すのと同様の、柱状シリコン結晶が２列に並んだ構造を有する多結晶半導体薄膜を得ることができた。１個の柱状シリコン結晶の粒子径は約５μｍであった。
【００７８】
比較例１
図９は、従来のレーザアニール法においてレーザビームを照射するための積層体１００の構造を模式的に示す断面図および積層体１００にレーザビームを照射したときの、半導体薄膜の温度の経時変化を示すグラフである。
【００７９】
積層体１００は、ガラス基板１０１、膜厚１００ｎｍの下地膜（二酸化シリコン膜）１０２および膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン薄膜１０３を含んで構成される。
【００８０】
また、図９のグラフにおいて、横軸は、非晶質シリコン薄膜１０３の中心線１０４から左右への長さ（μｍ）を示し、中心線１０４の位置が「０」になる。縦軸は、各位置における温度（℃）を示す。中心線１０４は、非晶質シリコン薄膜１０３の長手方向に直交する方向の中心線である。
【００８１】
エキシマレーザの非晶質シリコン薄膜１０３への照射は、照射幅を６μｍ（アモルファスシリコン薄膜１０３の中心線１０４から左右に３μｍ）とする以外は実施例１と同様である。
【００８２】
非晶質シリコン薄膜１０３にエキシマレーザを照射すると、非晶質シリコンが溶融するけれども、中心線１０４から遠い部分では矢符１０６ａ，１０６ｂとは反対方向および積層体１００の厚み方向に熱の放散が起こり、また中心線１０４に近い部分では主に積層体１００の厚み方向に熱の放散が起こるので、両方の部分で温度が顕著に低下する。中心線１０４に近い部分で約１４００℃の温度が維持されるのは、レーザ照射終了後７０ｎｓまでにすぎない。したがって、非晶質シリコンの溶融部分と非溶融部分との境界１０５ａ，１０５ａで始まる結晶化は、矢符１０６ａ，１０６ｂの方向へ進行するものの、中心線１０４に到達する前に停止し、長さＬ２程度（約１μｍ）の結晶が得られるだけである。結晶化非進行部分１０７には、急速な温度低下に伴って、ランダムな方位を有して結晶化した粒径１μｍにも満たない微細シリコン結晶からなる多結晶層が形成される。
【００８３】
図１０は従来のレーザアニール法により得られる多結晶シリコン薄膜１０８の構造を示す平面図である。この多結晶シリコン薄膜１０８は、粒径１μｍ程度の柱状シリコン結晶１０９が２列に並び、その間に微細シリコン結晶からなる多結晶層１１０が存在するので、均一な膜特性を有する多結晶構造が得られない。
【００８４】
比較例２
図１１は、従来のレーザアニール法においてレーザビームを照射するための積層体１１２の構造を模式的に示す断面図および積層体１１２にレーザビームを照射したときの、半導体薄膜の温度の経時変化を示すグラフである。
【００８５】
積層体１１２は、ガラス基板１０１、膜厚１００ｎｍの下地膜１１３および膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン薄膜１０３を含んで構成される。
【００８６】
下地膜１１３は、酸化シリコンよりも熱伝導率が低いシロキサン系樹脂からなる有機樹脂膜である。
【００８７】
また、図１１のグラフにおいて、横軸は、非晶質シリコン薄膜１０３の中心線１０４から左右への長さ（μｍ）を示し、中心線１０４の位置が「０」になる。縦軸は、各位置における温度（℃）を示す。中心線１０４は、非晶質シリコン薄膜１０３の長手方向に直交する方向の中心線である。
【００８８】
エキシマレーザの非晶質シリコン薄膜１０３への照射は、比較例１と同様である。
【００８９】
非晶質シリコン薄膜１０３の中心線１０４の近傍部分では、積層体１１２の厚み方向への熱の放散は比較例１よりも幾分抑制されるけれども、エキシマレーザ照射後８０ｎｓを超えると、温度は１４００℃未満になる。したがって、非晶質シリコンの溶融部分と非溶融部分との境界１０５ａ，１０５ｂから始まる結晶化は、矢符１０６ａ，１０６ｂの方向へ進行するものの、中心線１０４に到達する前に、中心線１０４の近傍部分の温度が１４００℃未満になって結晶化が停止するので、長さＬ３程度（約１．７μｍ）の結晶が得られるだけである。２つのシリコン結晶集合体の間には結晶化非進行部分１０７が存在し、結晶化非進行部分１０７には、急速な温度低下に伴って、ランダムな方位を有して結晶化した粒径１μｍにも満たないような微細結晶からなる多結晶層が形成される。このような多結晶シリコン薄膜は、均一な膜特性を有しておらず、表示装置の高輝度化および高精細化に寄与することはできない。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁性基板と半導体薄膜との間に、第１熱伝導層と第１熱伝導層よりも熱伝導率が低い第２熱伝導層とを含む下地膜を形成し、これにレーザビームを照射することによって、粒径５μｍ程度またはそれ以上の結晶粒がほぼ同一方向に成長し、膜特性が均一な良質の多結晶半導体薄膜を、１回のレーザビーム照射で、効率よく、短時間かつ低コストで得ることができる。
【００９１】
本発明によれば、下地膜の、第２熱伝導層または第２熱伝導層とその周囲の上層の半導体薄膜にレーザビームを照射することによって、一層効率良く良質な多結晶半導体薄膜を得ることができる。
【００９２】
本発明によれば、半導体薄膜を融解および結晶化することができる第１のレーザビームおよび第１のレーザビームよりも半導体薄膜に吸収され難く、かつ半導体薄膜を融解および結晶化することがない第２のレーザビームという２種類のレーザビームを半導体薄膜に照射することによって、一層大きな粒子径を有する半導体結晶からなる多結晶半導体薄膜を得ることができる。
【００９３】
本発明によれば、第２熱伝導層の両側に第１熱伝導層を配置し、好ましくは第１熱伝導層の幅を第２熱伝導層の幅の１／２以上とし、さらに好ましくは第２熱伝導層の幅を３〜７μｍとすることによって、レーザビーム照射領域の中央部にまで結晶化が一層均一に進行し、一層良好な多結晶半導体薄膜が得られる。
【００９４】
本発明によれば、第１熱伝導層を構成する物質として固体状の絶縁性無機化合物（固体状の酸化シリコンまたは窒化シリコン）を用い、第２熱伝導層を構成する物質として多孔質性の絶縁性無機化合物（多孔質性の酸化シリコンまたは窒化シリコン）を用いることによって、半導体材料の結晶化を制御するとともに、多結晶半導体薄膜中における不純物の拡散を防止することができる。また、レーザビーム照射条件（時間、照度、雰囲気温度など）に応じて、多孔質体の空孔密度を選択すれば、容易に結晶成長長さを最大にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法における積層体の実施の第１形態である積層体の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の製造方法における積層体の実施の第２形態である積層体の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の製造方法における積層体の実施の第３形態である積層体の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の製造方法における積層体の実施の第４形態である積層体の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明で使用するレーザアニール装置の構成を概略的に示す系統図である。
【図６】本発明で使用する別形態のレーザアニール装置の構成を概略的に示す系統図である。
【図７】本発明の製造方法においてレーザビームを照射する積層体の構造を模式的に示す断面図および該積層体にレーザビームを照射したときの、半導体薄膜における温度の経時変化を示すグラフである。
【図８】本発明の製造方法により得られる多結晶シリコン薄膜の構造を示す平面図である。
【図９】従来のレーザアニール法においてレーザビームを照射する積層体の構造を模式的に示す断面図および該積層体にレーザビームを照射したときの、半導体薄膜の温度の経時変化を示すグラフである。
【図１０】従来のレーザアニール法により得られる多結晶シリコン薄膜の構造を示す平面図である。
【図１１】従来のレーザアニール法においてレーザビームを照射する積層体の構造を模式的に示す断面図および該積層体にレーザビームを照射したときの、半導体薄膜の温度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，３０，１００，１１２積層体
２絶縁性基板
３，３２，１０２，１１３下地膜
４半導体薄膜
５，３４ａ，３４ｂ第１熱伝導層
６，３５第２熱伝導層
１１，２０レーザアニール処理装置
１２，２４レーザ発振器
１３，２５光学素子
１４，２６レーザ反射板
１５，２７フィールドレンズ
１６フォトマスク
１７，２８対物レンズ
１８ステージ
１９レーザビーム
２１第１のレーザビーム発生手段
２２第２のレーザビーム発生手段
２３第１のレーザビーム
２９第２のレーザビーム
３１，１０１ガラス基板
３３，１０３非晶質シリコン薄膜
３６，１０４中心線
３７ａ，３７ｂ，１０５ａ，１０５ｂ溶融部分と非溶融部分との境界
３８ａ，３８ｂ，１０６ａ，１０６ｂ矢符
４０，１０８多結晶シリコン薄膜
４１，１０９柱状シリコン結晶
４２多結晶シリコン層
４３ａ，４３ｂ，１１１ａ，１１１ｂ非晶質シリコン層
１０７結晶化非進行部分
１１０多結晶層

Claims

絶縁性基板に下地膜を形成する工程と、下地膜の上に半導体薄膜を形成する工程と、半導体薄膜にレーザビームを照射して、半導体薄膜を融解および結晶化する工程とを含む多結晶半導体薄膜の製造方法であって、
絶縁性基板に下地膜を形成する工程は、
第１熱伝導層を形成する工程と、
第１熱伝導層よりも熱伝導率が低い第２熱伝導層を、第１熱伝導層中に、第１熱伝導層の長手方向に対して平行に１層以上配置されるように形成する工程とを含むことを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法。
半導体薄膜にレーザビームを照射する工程が、第２熱伝導層または第２熱伝導層およびその周囲に存在する第１熱伝導層の一部もしくは全部を含む領域の上層を構成する半導体薄膜にレーザビームを照射する工程であることを特徴とする請求項１記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
半導体薄膜にレーザビームを照射する工程が、半導体薄膜を融解および結晶化することができるエネルギを半導体薄膜に与える第１のレーザビームと、半導体薄膜による吸収率が第１のレーザビームよりも小さく、かつ半導体薄膜を融解および結晶化することができるエネルギよりも小さいエネルギを半導体薄膜に与える第２のレーザビームとを半導体薄膜に照射する工程であることを特徴とする請求項１または２記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
下地膜が、第２熱伝導層と、第２熱伝導層の長手方向に対して直交する方向に隣接するように配置される第１熱伝導層とから形成されることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
第１熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅が、第２熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅の１／２以上であることを特徴とする請求項４記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
第２熱伝導層の長手方向に直交する方向の幅が、３〜７μｍであることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
第１熱伝導層が固体状の絶縁性無機化合物を含み、かつ第２熱伝導体が多孔質性の絶縁性無機化合物を含むことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
第１熱伝導層が固体状の酸化シリコンまたは窒化シリコンを含み、かつ第２熱伝導層が多孔質性の酸化シリコンまたは窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれかに記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。
第１熱伝導層が固体状の窒化シリコンを含み、かつ第２熱伝導層が多孔質性の酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれかに記載の多結晶半導体薄膜の製造方法。