JP2006032646A - 結晶性薄膜形成方法、結晶性薄膜、結晶性薄膜半導体装置およびディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合、またはチャネルを形成する領域に、結晶粒界がない薄膜を、安価な基板上に、簡単な方法で作製する。
【解決手段】 大出力のエネルギービーム６を、互いに略垂直な方向に細線部を有する薄膜４に対して、細線部５の長手方向から略４５度傾いた方向７に移動させながら照射することにより、基板上での高精度な位置合わせを必要とせずに、任意の場所に任意の大きさで結晶性薄膜を形成する。この細線部にダイオードのｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合、またはトランジスタのチャネルを形成することにより、単結晶を用いた場合の特性に近く、かつ、特性が揃った結晶性薄膜半導体装置を作製することができる。また、この結晶性薄膜半導体装置を用いることにより、開口率が高い液晶ディスプレイ装置や、周辺回路が内蔵された高性能なディスプレイ装置等を作製することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上に形成された非晶質薄膜に対してエネルギーを付与して結晶化させる結晶性薄膜形成方法、この結晶性薄膜形成方法を用いて作製された結晶性薄膜、その結晶性薄膜を用いて優れた性能を発揮することが可能な結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置、およびこれらの結晶性薄膜半導体装置を備えたディスプレイ装置に関する。

従来から、基板上に形成された非晶質薄膜に対してエネルギーを加えることにより結晶化させる結晶性薄膜形成方法が知られている。この方法を用いて、結晶粒界が少ない結晶性薄膜を得るためには、エネルギーの印加方法や試料構造などを工夫して結晶粒界の発生を制御することが重要である。

例えば特許文献１および非特許文献１には、シリコン膜に対するエキシマパルスレーザ光照射において、１回のエキシマパルスレーザ光の照射によりシリコン膜が横方向（基板面に平行な方向）に結晶成長する長さよりも短い距離だけレーザ光の照射位置を移動させて、次のエキシマパルスレーザ光を照射することを繰り返すことにより、順次横方向への結晶成長を続けさせる方法が示されている。

特許文献２には、基板上に形成された半導体薄膜をパターニングしてサブアイランドを形成し、このサブアイランドに連続発振レーザ光を走査しながら照射することにより、サブアイランドを結晶性半導体膜とする方法が示されている。

非特許文献２には、シェブロン（山形）形状にパターニングされた非晶質シリコン膜にエキシマパルスレーザ光を照射して、シェブロン形状の中央部に単結晶領域を形成する方法が示されている。
特開２００１−２７４０８８号公報（第３実施例） 特開２００３−２８９０８０号公報 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．１９，ｐｐ．２８６４〜２８６６ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７０，Ｎｏ．２５，ｐｐ．３４３４〜３４３６

従来、非晶質薄膜上にエネルギービームを照射して結晶化を行うに際して、この非晶質薄膜をパターニングした後にこの上にエネルギービームの照射を行うと、非晶質薄膜が形成されている領域と、非晶質薄膜が形成されていない領域とで、エネルギービームの吸収状態や放熱状態が異なる。このため、非晶質薄膜パターンの形状や大きさにより非晶質薄膜内に大きな温度差が生じ、一定のエネルギービーム照射条件で非晶質薄膜の全領域を全て良好な溶融状態とすることは困難である。

また、単結晶を用いた場合の特性に近く、かつ、特性が揃った結晶性薄膜半導体装置を作製するためには、ダイオードのｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合、またはトランジスタのチャネルを形成する各領域に結晶粒界がない半導体薄膜を形成する必要がある。

さらに、エネルギービームの走査のために高精度な位置合わせを必要とせず、単純なステップ送りだけでエネルギービームを走査できることは、装置のコスト低減や生産性向上にとって重要である。また、９０度異なる方向（互いに直交する方向）にトランジスタのチャネルとなる薄膜領域を形成する場合には、１回のエネルギービーム走査で結晶化できることも、回路設計の自由度向上および生産性向上に寄与するために重要である。

しかしながら、上記特許文献１および非特許文献１のように、単純に１回のパルスレーザ光の照射により、シリコン膜が横方向に結晶成長する長さよりも短い距離だけレーザ光の照射位置を移動させて、次のパルスレーザ光を照射することを繰り返す方法では、前のレーザ光照射により形成された結晶を種として、次のレーザ光照射によりレーザ光の移動方向に結晶成長が進む。この場合、移動方向と垂直な方向には結晶成長が進まないため、レーザ光の移動方向に長く伸びた細長い結晶粒からなる結晶性薄膜が形成される。

このような結晶性薄膜を用いて薄膜トランジスタを形成すると、チャネル長方向がレーザ光の移動方向と平行な場合には、結晶粒界が伸びた方向にチャネル長が配置されるため、比較的キャリア移動度が高く、かつ、不純物ドープがない状態で閾値電圧の絶対値（以下、単に│Ｖｔｈ（ｉｎｔ）│と記す）がｎ型トランジスタとｐ型トランジスタとでほぼ等しい薄膜トランジスタを作製することができる。これに対して、チャネル長方向がレーザ光の移動方向と垂直な場合は、結晶粒界がチャネル幅方向を横切るため、キャリア移動度が低く、かつ、ｎ型トランジスタとｐ型トランジスタとで│Ｖｔｈ（ｉｎｔ）│が大きく異なる薄膜トランジスタが作製されてしまう。

また、結晶粒界はレーザ光の移動方向に長く伸びているが、完全にレーザ光の移動方向に平行ではなく、隣の結晶粒界と合体したり、分岐したりする部分がある。このため、チャネル長方向がレーザ光の移動方向と平行な場合でも、チャネル幅方向に横切る結晶粒界が常に０ではないので、キャリア移動度が低く、かつ、ｎ型トランジスタとｐ型トランジスタとで│Ｖｔｈ（ｉｎｔ）│が大きく異なる薄膜トランジスタも作製されて、特性ばらつきの原因となる。

また、チャネル長方向に伸びた結晶粒界は、キャリア移動度の低下やｎ型トランジスタとｐ型トランジスタとで│Ｖｔｈ（ｉｎｔ）│が大きく異なる原因にはならないが、結晶粒界に不純物の偏析などが生じるとリーク電流のパス（経路）となるため、結晶性薄膜ダイオードの接合リーク電流が大きくなったり、結晶性薄膜トランジスタのオフ時のリーク電流が大きくなったりするという悪影響をもたらす。

したがって、上記従来の特許文献１および非特許文献１では、チャネル長方向が９０度異なる（互いに直交する）高性能のトランジスタを同時に作製することは困難であるという問題があった。

次に、上記従来の非特許文献２では、非晶質シリコン膜をシェブロン形状にパターニングし、エキシマパルスレーザ光を照射することにより、シェブロン形状の中央部に単結晶領域を形成することができるが、それ以外の部分では多結晶が形成され、半導体装置を作製可能な領域が限定されてしまう。

また、異なる大きさのシェブロン形状を同じエキシマパルスレーザ光照射条件により溶融させようとすると、上述したように、シェブロン形状の大きさによって大きな温度差が生じてしまい、各種大きさのシェブロン形状を全て良好な溶融状態とすることは困難である。

さらに、単結晶を形成可能な間隔がシェブロン形状の間隔で規定されてしまうため、近接して単結晶領域を形成することができない。

したがって、上記従来の非特許文献２でも、チャネル長方向が９０度異なる高性能のトランジスタを同時に作製することは困難であるという問題を有していた。

次に、特許文献２では、半導体薄膜をパターニングしてサブアイランドを形成し、このサブアイランドに連続発振レーザ光を走査しながら照射することにより、サブアイランドを結晶性半導体膜とする方法では、サブアイランドの位置とレーザ光の照射位置とを高精度に合わせてレーザ光を走査する必要がある。

このため、チャネル長方向が異なるＴＦＴを作製する場合には、レーザ光の走査方向もそれに合わせて変更する必要がある。レーザ光の走査方向を一方向に限定すると、作製可能なＴＦＴのチャネル長方向も一方向に限定されてしまい、回路設計に大きな制約が生じる。

さらに、連続発振レーザ光を照射するため、ガラスなどの安価な材料を基板に用いる場合には、レーザ光を高速に走査しないと、基板への熱的なダメージを生じてしまう。

したがって、上記従来の特許文献２では、連続発振レーザ光を高速でかつ高位置精度で走査する必要があり、その制御性と安定性とを維持することが課題である。

また、サブアイランドの位置に沿ってレーザ光を位置精度良く走査する必要があるため、単純な繰り返しパターンである回路を作製する場合には問題ないが、各種形状、大きさおよびチャネル長方向のＴＦＴを備えた回路などを作製したい場合には、膨大なサブアイランドの位置情報とレーザ光の走査方向などのデータに基づいてレーザ光を走査するための複雑な制御系および走査系が必要となる。

さらに、連続発振レーザでは大きな出力が得難いため、１本のレーザチューブでは大きな幅のライン状レーザビームを形成することができない。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、大きな出力のエネルギービームを基板上での高精度な位置合わせを必要とせずに、単純に一方向のみにステップ送りして繰り返し照射することにより、単結晶を用いた場合に近い特性に揃い、かつ、任意の場所に所定の範囲内の任意の大きさで、互いに垂直な方向に、ｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合またはチャネルとなる結晶粒界がない高品質の細線部を有する結晶性半導体薄膜を同時に形成することができる結晶性薄膜形成方法、この結晶性薄膜形成方法により形成された結晶性薄膜、この結晶性薄膜を用いた結晶性薄膜半導体装置、およびこの結晶性薄膜半導体装置を備えたディスプレイ装置を提供することを目的とする。

本発明の結晶性薄膜形成方法は、基板上に形成された非晶質薄膜に、エネルギービームを照射して溶融させた後、該非晶質薄膜を結晶成長させて結晶性薄膜を形成する結晶性薄膜形成方法において、互いに略垂直な方向に伸びた複数の細線部を有する形状に該非晶質薄膜を形成するステップと、該細線部の長手方向から略４５度傾いた方向にエネルギービームを移動させながら照射することにより、該細線部を含む該非晶質薄膜を結晶化させるステップとを有し、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法におけるエネルギービームは、ライン状エネルギービームである。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法におけるエネルギービームは、前記非晶質薄膜による吸収係数が、前記基板による吸収係数よりも大きいビームを用いる。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法におけるエネルギービームはパルス状エネルギービームである。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法におけるエネルギービームは光である。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法における光はレーザ光である。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法における光はパルス光である。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法におけるパルス光はパルスレーザ光である。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法において、パルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の１回の照射毎の移動量が、該１回の照射により前記非晶質薄膜が基板面に平行な方向に結晶成長する長さよりも短くなるように設定されている。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法において、細線部を有する非晶質薄膜を形成する際に、該非晶質薄膜の周囲に、該非晶質薄膜から分離した状態で、該非晶質薄膜と同じ材料からなる薄膜部を形成し、該非晶質薄膜および薄膜部に対して前記エネルギービームを照射する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法において、細線部を有する非晶質薄膜を形成する際に、互いに平行に並んだ複数の細線部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法において、細線部の幅が１０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内に設定されている。また、この細線部の幅は結晶粒界が生じない幅に設定されている。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法において、前記細線部を有する非晶質薄膜と、該細線部の周囲に形成された前記薄膜部との間隔が、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内に設定されている。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法における細線部は、前記非晶質薄膜の二つの幅広部間を該非晶質薄膜で連結するように形成されている。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法における非晶質薄膜は非晶質半導体薄膜である。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜形成方法における非晶質半導体薄膜はシリコン材料からなる。

本発明の結晶性薄膜は、請求項１〜１７のいずれかに記載の上記結晶性薄膜形成方法により作製されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の結晶性薄膜半導体装置は、請求項１６または１７に記載の結晶性薄膜形成方法により作製された結晶性半導体薄膜を用いており、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の結晶性薄膜半導体装置において、前記細線部の結晶性薄膜を用いる。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜半導体装置において、前記細線部の結晶性薄膜内にｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有する結晶性薄膜ダイオードを備える。

さらに、好ましくは、本発明の結晶性薄膜半導体装置において、前記細線部の結晶性薄膜にチャネル領域を有する結晶性薄膜トランジスタを備える。

本発明のディスプレイ装置は、請求項１６または１７に記載の上記結晶性薄膜形成方法により作製された結晶性半導体薄膜を用いた結晶性薄膜半導体装置が設けられており、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用について説明する。

基板上に形成された非晶質薄膜に対してパルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光を繰り返して照射する際に、１回の光照射毎の移動量を、１回のパルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の照射により非晶質薄膜が横方向（基板面に沿った方向）に結晶成長する長さよりも短くなるように設定して、細線部の長手方向に略平行に移動させながら繰り返し照射すると、従来技術として特許文献１および非特許文献１に示されているように、パルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の移動方向に細長く成長した結晶粒からなる結晶性薄膜が得られる。

これに対して、本発明においては、互いに略垂直な方向に幅広部から別の幅広部に伸びた細線部を有する非晶質薄膜に対してエネルギービームを照射して結晶化を行う際に、細線部の長手方向から略４５度傾いた方向にライン状エネルギービームを移動させながら照射することにより、細線部を含む非晶質薄膜領域を結晶化させる。これによって、互いに略垂直な方向（直行する方向）に伸びた細線部を、両方向とも同時に、結晶粒界がない高品質の結晶にて結晶化させることが可能となる。なお、細線部の長手方向とは、図８（ａ）および図８（ｂ）に矢印３０で示す方向である。

また、細線部の幅（図８（ａ）のＷを参照）を１０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内に設定しておくと、細線部内に結晶粒界がない結晶を成長させることができる。この細線部は、両方向とも略平行な方向に複数の細線部が密に並んだ状態（図８（ｂ）を参照）とすることができる。

このとき、細線部の周囲にも、その非晶質薄膜から分離した状態で、同じ材料からなる薄膜部を形成しておくことにより、パルス状エネルギービームを照射したときに周囲の薄膜部にパルス状エネルギービームが吸収されて温度が上昇し、細線部から周辺に熱が逃げることを防ぐことができる。図８（ａ）では、基板上に形成された二酸化シリコン膜３上に、細線部５を有する非晶質薄膜４が設けられ、その周囲に非晶質薄膜４と分離して非晶質薄膜４と同じ材料からなる薄膜部８が形成されている。また、図８（ｂ）では、細線部５が互いに略平行な方向に並んだ複数の細線部によって構成されている。

細線部を有する非晶質薄膜と、この非晶質薄膜の周囲に設けられた薄膜部との間隔は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内にしておくと、パルス状エネルギービームを照射して溶融させたときに、細線部を有する薄膜と、その薄膜の周囲に設けられた薄膜部とがつながることなく、かつ、細線部につながった幅広領域（二つの幅広部）とを同じ照射条件で共に良好な溶融状態にすることができる。

この非晶質薄膜を半導体薄膜として、細線部を、ｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合、またはチャネル領域を形成する領域として用いると、単結晶を用いたものに特性が近く、かつ、特性が揃った結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置を作製することが可能となる。

また、細線部は、結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置を作製したい任意の場所に、所定の範囲内の任意の大きさで、互いに略垂直な方向に形成することができる。また、その本数や細線部間の間隔についても、任意に設定することができる。

パルス状エネルギービームは、細線部の位置とは無関係に、互いに略垂直な方向（直交する方向）に伸びた両細線部の長手方向（図８（ａ）および図８（ｂ）に矢印３０を参照）に対して、略４５度傾いた方向に走査させながらエネルギー照射すればよい。

この細線部において、並列に接続される複数の細線部の本数は、結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタなどに流したい電流量によって適宜決定することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、大きな出力のエネルギービームを、基板上での高精度な位置合わせを必要とせずに、互いに略垂直な方向に伸びた細線部の長手方向から略４５度傾いた方向に、単純にステップ送りして繰り返しエネルギー照射することにより、両細線部内に同時に、結晶粒界がない高品質の結晶性薄膜を形成することができる。

この細線部に結晶性薄膜ダイオードのｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合、または結晶性薄膜トランジスタのチャネル領域を形成することにより、単結晶を用いた場合に近い特性で、かつ、特性が揃った結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置を任意の領域に容易に作製することができる。

この結晶性薄膜薄膜半導体装置を用いることにより、開口率が高い液晶ディスプレイ装置や周辺回路が内蔵されたディスプレイ装置などを容易に作製することができる。

以下に、本発明の結晶性薄膜形成方法およびこれにより製造された結晶性薄膜の実施形態１〜４、これを用いた本発明の結晶性薄膜半導体装置の実施形態５，６、およびこれを用いた本発明のディスプレイ装置の実施形態７について、図面を参照しながら順次説明する。
（実施形態１）
本実施形態１では、ガラス基板１上に形成された非晶質半導体薄膜を、互いに略垂直な方向に伸びた複数の細線部を有する形状にパターニングして、両細線部の長手方向からそれぞれ略４５度傾いた方向にエネルギービームを移動させながら照射することにより、両細線部を含む各非晶質半導体薄膜をそれぞれ結晶化させる結晶性薄膜形成方法について説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の実施形態１の結晶性薄膜形成方法について説明するための要部断面図およびその平面図である。

図１（ａ）に示すように、例えば、ＳｉＨ_４ガス、ＮＨ_３ガスおよびＮ_２ガスを用いたプラズマＣＶＤ（化学気相成長）法によって、ガラス基板１上の全面にわたって窒化シリコン膜２を２００ｎｍの膜厚に均一に形成する。

次に、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスおよびＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、二酸化シリコン膜３を窒化シリコン膜２上の全面にわたって１００ｎｍの膜厚に形成する。

続いて、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、二酸化シリコン膜３上の全面にわたって非晶質シリコン膜４を５０ｎｍの膜厚に形成する。

次に、フォトリソグラフィー工程と、ＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によって、図１（ｂ）に示すように非晶質シリコン膜４を、互いに略垂直（角度９０度プラスマイナス５度）な方向に一方の幅広部から他方の幅広部にそれぞれ伸びた幅１０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内、結晶粒界が生じない例えば幅５００ｎｍの両細線部５、５をそれぞれ有する各形状にパターニングする。

その後、走査方向の長さが５μｍで、それと垂直な方向の長さが３０ｃｍのライン状エキシマパルスレーザ光６を、互いに略垂直（角度９０度プラスマイナス５度）な方向に二つの幅広部間で伸びた両細線部５に対して、細線部５の長手方向から互いに略４５度（角度４５度プラスマイナス５度）傾いた方向７に移動させながら光照射して、非晶質シリコン膜４を溶融再結晶化させて、結晶性シリコン膜を形成する。このときのライン状エキシマパルスレーザ光６は、非晶質半導体薄膜である非晶質シリコン膜４による吸収係数が、基板１による吸収係数よりも大きいものが用いられ、例えば波長３０８ｎｍのＸｅＣｌレーザ光を用いる。また、１回のレーザ光照射毎の移動量は、１回のパルスレーザ光６の光照射により非晶質シリコン膜４が基板面に平行な方向（または基板面に沿った方向）に結晶成長する長さよりも短くなるように設定され、例えば０．５μｍピッチで繰り返しレーザ光照射される。

本実施形態１のように、非晶質シリコン膜４を互いに略垂直な方向に伸びた幅５００ｎｍの各細線部５，５を有する各形状にパターニングして、両細線部５，５の長手方向からそれぞれ略４５度傾いた方向にエネルギービームを移動させながら繰り返しレーザ光照射することにより、両細線部５，５内に同時に、結晶粒界がない高品質の結晶性薄膜をそれぞれ形成することができる。
（実施形態２）
本実施形態２では、非晶質半導体薄膜の細線部の周囲に、その細線部から分離した状態で、非晶質半導体薄膜と同じ材料からなる放熱抑制用の薄膜部８を形成して、エネルギービーム照射を行う結晶性薄膜形成方法について説明する。

図２は、本発明の実施形態２の結晶性薄膜形成方法について説明するための平面図である。

上記実施形態１の場合と同様にして、例えば、ガラス基板１上に窒化シリコン膜２と二酸化シリコン膜３とを形成し、図２に示すように、二酸化シリコン膜３上に非晶質半導体薄膜としての非晶質シリコン膜４を形成する。本実施形態２では、非晶質シリコン膜４をパターニングするときに、細線部５の両側に、細線部５から１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内、例えば２μｍの間隔で分離した状態で、細線部５の両側で幅広部の幅に各非晶質シリコン膜部８をそれぞれ形成する。

その後、上記実施形態１と同様にして、ライン状エキシマパルスレーザ光６を、互いに略垂直（角度９０度プラスマイナス５度）な方向に一方の幅広部から他方の幅広部にそれぞれ伸びた両細線部５，５に対して、細線部５の長手方向から互いに略４５度（角度４５度プラスマイナス５度）傾いた方向７に、１回のレーザ照射毎の移動量が１回のパルスレーザ光６の照射により非晶質シリコン膜４が基板面に平行な方向に結晶成長される長さよりも短くなるように移動させながら、例えば０．５μｍピッチで繰り返し照射して、非晶質シリコン膜４を溶融再結晶化させることにより、結晶性シリコン膜を形成する。

本実施形態２のように、細線部５から分離した状態で非晶質シリコン膜部８を形成して、ライン状エキシマパルスレーザ光６を照射することにより、非晶質シリコン膜４だけではなく、その周囲の非晶質シリコン膜部８でもライン状エキシマパルスレーザ光６が吸収されて温度が上昇するため、細線部５から周辺に熱が逃げることを防ぐことができる。その結果、細線部５とそれにつながる幅が広い非晶質シリコン膜４の幅広領域とを、同じレーザ光照射条件で同時に良好に溶融させることができる。
（実施形態３）
本実施形態３では、細線部を有する非晶質半導体薄膜を形成する際に、互いに平行に並んだ複数の細線部を形成する結晶性薄膜形成方法について説明する。

図３（ａ）〜図３（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態３の結晶性薄膜形成方法について説明するための平面図である。

上記実施形態１，２の場合と同様に、例えば、ガラス基板１上に窒化シリコン膜２と二酸化シリコン膜３とを形成し、図３（ａ）に示すように、二酸化シリコン膜３上に非晶質シリコン膜４を形成する。本実施形態３では、非晶質シリコン膜４をパターニングするときに、互いに平行に並んだ複数の細線部５を幅１０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内、結晶粒界が生じない例えば幅５００ｎｍに形成する。また、必要に応じて、上記実施形態２の場合と同様にして、図３（ｂ）に示すように、複数の細線部５の両側に細線部５から１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内、例えば２μｍの間隔で分離した状態の非晶質シリコン膜部８Ａを形成する。さらに、各細線部５に隣接する細線部間隔が１０μｍを超える場合には、図３（ｃ）に示すように、互いに隣接する細線部５間にも細線部５から１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内、例えば２μｍの間隔で分離した状態の非晶質シリコン膜部８Ｂを形成する。この場合にも、二つの幅広部の幅程度に、複数の細線部５、それらの間の各非晶質シリコン膜部８Ｂおよびそれらの外側の両非晶質シリコン膜部８Ｂが設けられる。

その後、上記実施形態１，２の場合と同様にして、ライン状エキシマパルスレーザ光６を、互いに略垂直（角度９０度プラスマイナス５度）な方向に一方の幅広部から他方の幅広部にそれぞれ伸びた複数の細線部５と複数の細線部５とに対して、両細線部５の各長手方向からそれぞれ略４５度（角度４５度プラスマイナス５度）傾いた方向７に、１回の光照射毎の移動量が１回のパルスレーザ光６の照射により非晶質シリコン膜４が基板面に平行な方向に結晶成長する長さよりも短くなるように移動させながら、例えば０．５μｍピッチで繰り返し照射して、両非晶質シリコン膜４を溶融再結晶化させることにより、結晶性シリコン膜をそれぞれ形成する。

本実施形態３のように、互いに略平行に並んだ複数の細線部５を形成する場合でも、細線部５の長手方向から略４５度傾いた方向にエネルギービームを移動させながら繰り返し照射することにより、互いに略垂直に交差する両複数の細線部５，５内に同時に、結晶粒界がない結晶性薄膜を形成することができる。
（実施形態４）
本実施形態４では、上記実施形態２，３のように細線部５の周囲だけではなく、細線部５以外の全領域を含む非晶質シリコン膜４の周囲全体に、非晶質シリコン膜４から所定距離だけ分離した状態で、非晶質シリコン膜４と同じ材料からなる放熱抑制用の薄膜部を形成して、エネルギービーム照射を行う結晶性薄膜形成方法について説明する。

図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態４の結晶性薄膜形成方法について説明するための平面図である。なお、図４では略垂直な方向に伸びた細線部５，５のうち、一方だけを示している。

上記実施形態１，２の場合と同様にして、例えば、ガラス基板１上に窒化シリコン膜２と二酸化シリコン膜３とを形成し、二酸化シリコン膜３上に、図４（ａ）に示すように、互いに略垂直な方向に、一方の幅広部から他方の幅広部にそれぞれ伸びた両細線部５をそれぞれ有する各非晶質シリコン膜４をそれぞれ形成する。また、必要に応じて、上記実施形態３の場合と同様にして、図４（ｂ）に示すように、互いに平行に並んだ複数の細線部５を有する非晶質シリコン膜４をそれぞれ形成する。上記実施形態２，３の場合と同様にして、図４（ａ）に示すように、細線部５および、この細線部５以外の領域を含む非晶質シリコン膜４の周囲全体に、非晶質シリコン膜４から１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内、例えば２μｍの間隔を開けて分離した状態の非晶質シリコン膜部８Ｃを形成する。また、図４（ｂ）に示すように、細線部５間に非晶質シリコン膜部８Ｂを形成すると共に、最外側の細線部５および、この最外側の細線部５以外の領域を含む非晶質シリコン膜４の周囲全体に、非晶質シリコン膜４から１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内、例えば２μｍの間隔を開けて分離した状態の非晶質シリコン膜部８Ｄを形成する。

その後、上記実施形態１〜３の場合と同様にして、ライン状エキシマパルスレーザ光６を、互いに略垂直（角度９０度プラスマイナス５度）な方向に伸びた両細線部５，５に対して、両細線部５，５の長手方向からそれぞれ略４５度（角度４５度プラスマイナス５度）傾いた方向７に、１回のレーザ照射毎の移動量が１回のパルスレーザ光６の照射により非晶質シリコン膜４が基板面に平行な方向に結晶成長する長さよりも短くなるように移動させながら、例えば０．５μｍピッチで繰り返しレーザ光照射して、両非晶質シリコン膜４をそれぞれ溶融再結晶化させることにより、結晶性シリコン膜をそれぞれ形成する。

本実施形態４のように、細線部５間に非晶質シリコン膜部８Ｂを形成すると共に、最外側の細線部５および、この最外側の細線部５以外の全領域を含む非晶質シリコン膜４の周囲全体に非晶質シリコン膜部８Ｄを形成することによって、ライン状エキシマパルスレーザ光６が照射される領域の加熱状態をより正確に揃えることができるため、多様な形状および大きさのパターンに対しても、同じライン状エキシマパルスレーザ光の照射条件により、非晶質シリコン膜４をより安定化した状態で結晶化させることが可能となる。
（実施形態５）
本実施形態５では、本発明の結晶性薄膜形成方法により作製された結晶性半導体薄膜において、細線部５内にｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合が形成される結晶性薄膜ダイオードおよびその製造方法について説明する。

図５Ａ（ａ）〜図５Ａ（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態５の結晶性薄膜半導体装置として結晶性薄膜ダイオードを作製する方法について説明するための各工程（その１）の平面図であり、図５Ｂ（ｄ）および図５Ｂ（ｅ）はそれぞれ、本発明の実施形態５の結晶性薄膜半導体装置として結晶性薄膜ダイオードを作製する方法について説明するための各工程（その２）の平面図である。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、説明を簡略化するために、略垂直な方向に伸びた細線部５、５のうちの一方だけを示している。

まず、実施形態１〜４の場合と同様にして、ガラス基板１上に窒化シリコン膜２および二酸化シリコン膜３を形成し、この二酸化シリコン膜３上に、互いに略垂直な方向に伸びた細線部５を有する非晶質シリコン膜４を形成した後、ライン状エキシマパルスレーザ光６を照射して、図５Ａ（ａ）に示すような結晶性シリコン膜９を形成する。図５Ａ（ａ）では、上記実施形態２の場合と同様に、細線部５の周囲に非晶質シリコン膜部８を設けた構成をその一例として示している。

この本発明の結晶性シリコン膜９を用いて、結晶性薄膜ダイオードの作製工程を行う。

図５Ａ（ｂ）に示すように、まず、ＴＥＯＳガスおよびＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、全面に２００ｎｍの膜厚に二酸化シリコン膜１０を形成する。

次に、フォトリソグラフィー工程によってレジスト１１をパターニングして、細線部５の一部を含むように細線部５の片側上の二酸化シリコン膜１０を露出させる。このレジスト１１をマスクとして、二酸化シリコン膜１０を通して結晶性シリコン膜９にボロン（Ｂ）を膜厚方向の平均濃度が１×１０^２０個/ｃｍ^３になるようにイオンドーピング法で注入し、レジスト１１を除去する。

その後、再度フォトリソグラフィー工程によってレジスト１２をパターニングして、図５Ａ（ｃ）に示すように細線部５の一方側に配置された幅が広い結晶性シリコン膜９の領域上に開口部１３を形成し、この領域にリン（Ｐ）を膜厚方向の平均濃度が１×１０^２０個/ｃｍ^３になるようにイオンドーピング法で注入する。

さらに、レジスト１２を除去した後、炉内で５５０℃および１時間の熱処理を行って、注入された不純物を活性化させる。

さらに、フォトリソグラフィー工程と、ＣＦ_４ガスおよびＣＨＦ_３ガスを用いたＲＩＥ法によって、二酸化シリコン膜１０の一部をエッチングして、図５Ｂ（ｄ）に示すように、コンタクトホール１４を形成する。

さらに、図５Ｂ（ｅ）に示すように、スパッタリング法によって、Ａｌ膜を６００ｎｍの膜厚に全面に形成し、フォトリソグラフィー工程と、ＢＣｌ_３ガスとＣｌ_２ガスを用いたＲＩＥ法によってパターニングして電極１５を形成して、結晶性薄膜ダイオードを作製する。

その後は、必要に応じて、多層配線を形成したり、保護膜を形成して、結晶性薄膜半導体装置を作製する。

本実施形態５のように、細線部５にｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合を形成することによって、単結晶を用いた場合に特性が近く、かつ、特性が揃った結晶性薄膜ダイオードを作製することができる。

（実施形態６）
本実施形態６では、本発明の結晶性薄膜形成方法により作製された結晶性半導体薄膜において、細線部５内にチャネル領域が形成されている結晶性薄膜トランジスタおよびその製造方法について説明する。

図６（ａ）〜図６（ｄ）はそれぞれ、本発明の実施形態６の結晶性薄膜半導体装置として結晶性薄膜トランジスタを作製する方法について説明するための各工程の平面図である。なお、図６では、略垂直な方向に伸びた細線部５，５のうち、一方だけを示している。

まず、実施形態１〜４の場合と同様に、ガラス基板１上に窒化シリコン膜２および二酸化シリコン膜３を順次形成し、この二酸化シリコン膜３上に、互いに略垂直な方向に伸びた細線部５を有する非晶質シリコン膜４を形成した後、ライン状エキシマパルスレーザ光６を照射して、非晶質シリコン膜４を結晶化させて、図６（ａ）に示すような結晶性シリコン膜９を形成する。

なお、図６（ａ）では、上記実施形態２の場合と同様に、細線部５の周囲に非晶質シリコン膜部８を設けた構成をその一例として示している。

本発明の結晶性シリコン膜９を用いて、結晶性薄膜トランジスタの作製工程を行う。

図６（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳガスおよびＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、全面に７０ｎｍの膜厚に二酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１６を形成し、その上にスパッタリング法によって膜厚１００ｎｍの多結晶シリコン膜と膜厚４００ｎｍのＷＳｉ_２膜との積層膜を形成する。この積層膜を、フォトリソグラフィー工程と、ＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスを用いたＲＩＥ法によってエッチングして、ゲート電極１７を形成する。ゲート電極１７をマスクとして、イオンドーピング法によりＰ（ｎ型トランジスタの場合）またはＢ（ｐ型トランジスタの場合）を膜厚方向の平均濃度が１×１０^２０個/ｃｍ^３になるようにイオンドーピング法で注入を行う。

次に、図６（ｃ）に示すように、ＴＥＯＳガスおよびＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、二酸化シリコン膜（図示せず）を１００ｎｍの膜厚に形成し、その上に、ＳｉＨ_４ガス、ＮＨ_３ガスおよびＮ_２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜１９を５００ｎｍの膜厚に形成する。これに対して、炉内で５５０℃および１時間の熱処理を行って、注入された不純物の活性化を行う。

その後、フォトリソグラフィー工程と、ＣＦ_４ガスおよびＣＨＦ_３ガスを用いたＲＩＥ法によって、窒化シリコン膜１９、その下の二酸化シリコン膜およびゲート絶縁膜１６の一部をエッチングして、細線部５の両側に配置された幅が広い結晶性シリコン膜９の両幅広領域上にコンタクトホール２０をそれぞれ形成する。

次に、図６（ｄ）に示すように、スパッタリング法によって、Ａｌ膜を６００ｎｍの膜厚に全面に形成し、フォトリソグラフィー工程と、ＢＣｌ_３ガスとＣｌ_２ガスを用いたＲＩＥ法によってパターニングしてソース電極２１およびドレイン電極２２を形成して、結晶性薄膜トランジスタを作製する。その後は、必要に応じて、多層配線を形成したり、保護膜を形成して、結晶性薄膜半導体装置を作製する。

本実施形態６のように、細線部５にトランジスタのチャネル領域を形成することによって、単結晶を用いた場合に特性が近く、かつ、特性が揃った結晶性薄膜トランジスタを作製することができる。
（実施形態７）
本実施形態７では、上記実施形態５または６で作製された結晶性薄膜半導体装置を用いた液晶ディスプレイ装置およびその製造方法について説明する。

図７は、本発明の実施形態７のディスプレイ装置として液晶ディスプレイ装置を作製する方法について説明するための図であって、（ａ）および（ｂ）は、液晶層を挟んで対向配置される一対の基板部（素子側基板と対向基板）を示す要部断面図である。

図７（ａ）に示すように、一方の素子側基板は、ガラス基板１上に窒化シリコン膜２および二酸化シリコン膜３が順次設けられ、その二酸化シリコン膜３上に結晶性シリコン膜９をチャネル領域とする結晶性薄膜トランジスタが作製されている。

この結晶性薄膜トランジスタは、結晶性シリコン膜９上にゲート絶縁膜１６を介してゲート電極１７が設けられ、その上を覆うように二酸化シリコン膜１８および窒化シリコン膜１９が順次積層されている。

これらの二酸化シリコン膜１８および窒化シリコン膜１９上にはソース電極２１およびドレイン電極２２が設けられ、二酸化シリコン膜１８および窒化シリコン膜１９に設けられた各コンタクトホール２０を介して結晶性シリコン膜９の両端部にそれぞれソース電極２１およびドレイン電極２２がそれぞれ接続されている。

このソース電極２１およびドレイン電極２２上を覆うように樹脂膜２３が設けられ、その上に、壊疽電極を構成するＩＴＯ膜２４が設けられている。ＩＴＯ膜２４は、樹脂膜２３に設けられスルーホールを介してドレイン電極２２と接続されている。このＩＴＯ膜２４上を覆うように配向膜となるポリイミド膜２５が設けられている。

一方、図７（ｂ）に示すように、他方の基板部（対向基板）は、ガラス基板２６上にカラーフィルタ２７、ＩＴＯ膜２８およびポリイミド膜２９がこの順に設けられている。両基板部（素子側基板と対向基板）は、配向膜となる両ポリイミド膜２５，２９を内側に向けた状態で、所定の間隔を開けて対向配置されて外周端部をシール材などにより貼り合せられ、両基板部の間隙に表示媒体としての図示しない液晶材料（液晶層）が封入されている。

本実施形態７の液晶ディスプレイ装置は、例えば以下のようにして作製される。

まず、上記実施形態５または６のいずれかの方法によって、ガラス基板１上に結晶性薄膜半導体装置を作製する。図７（ａ）の例では、結晶性薄膜トランジスタを作製している。ソース電極２１およびドレイン電極２２の上を覆うように、基板部全面に樹脂膜２３を形成し、その樹脂膜２３にスルーホールを形成する。このスルーホールを介してドレイン電極２２と接続されるようにスパッタリング法によってＩＴＯ膜２４を形成し、フォトリソグラフィー工程と、ＨＣＬおよびＦｅＣｌ_３を用いたエッチングによってＩＴＯ膜２４をパターニングする。このＩＴＯ膜２４上に、配向膜となるポリイミド膜２５をオフセット印刷法を用いて形成し、これに所定のラビング処理を行う。

一方、図７（ｂ）に示すように、別のガラス基板２６上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の各感光性樹脂膜を付したフィルムを熱圧着により転写し、フォトリソグラフィ工程によってパターニングを行い、さらに、Ｒ、ＧおよびＢの各感光性樹脂が転写された部分の間に遮光性を有するブラックマトリクス部を形成して、カラーフィルタ２７を作製する。このカラーフィルタ２７上に、スパッタリング法によってＩＴＯ膜２８を基板の全面にわたって形成し、対向電極とする。さらに、このＩＴＯ膜２８上に、配向膜となるポリイミド膜２９をオフセット印刷法によって形成し、これに所定のラビング処理を行う。

以上のようにして作製された図７（ｂ）に示すカラーフィルタ２７などが形成されたガラス基板２６側の基板部と、図７（ａ）に示す結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置が形成されたガラス基板１側の基板部とを、ラビング処理を施したポリイミド膜２５，２９の面同士が互いに対向するように配置して、これらの両基板部をシール樹脂によって貼り合わせる。

この際に、２枚の基板部間の間隔が一定になるように、基板部間に真球状のシリカを散布する。さらに、両基板間に表示媒体となる液晶材料を封入した後、両ガラス基板１，２６の両外側に偏光板などを貼り付けて液晶ディスプレイ装置が完成される。

本実施形態７の液晶ディスプレイ装置によれば、各画素部にそれぞれ設けられたトランジスタの電流駆動能力を、単結晶を用いたトランジスタに近い値とすることができるため、トランジスタサイズを小さくして、液晶ディスプレイ装置の開口率を向上させることができる。また、周辺回路として、ゲートドライバやソースドライバ以外にも、結晶性シリコン膜を用いた各種回路をガラス基板上に同時に作製することができる。

以上により、本実施形態１〜７によれば、大出力のエネルギービーム６を、互いに略垂直な方向に細線部５を有する薄膜４に対して、細線部５の長手方向から略４５度傾いた方向７に移動させながら照射することにより、基板上での高精度な位置合わせを必要とせずに、任意の場所に任意の大きさで結晶性薄膜９を形成することができる。この細線部５にダイオードのｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合、またはトランジスタのチャネル領域を形成することにより、単結晶を用いた場合の特性に近く、かつ、特性が揃った結晶性薄膜半導体装置を容易に作製することができる。また、この結晶性薄膜半導体装置を用いることにより、開口率が高い液晶ディスプレイ装置や、周辺回路が内蔵された高性能なディスプレイ装置などを作製することができる。

なお、上記実施形態１〜６では、上記細線部５をフォトリソグラフィー工程とエッチング工程により形成したが、レーザビームによる光ＣＶＤ法のように成膜時に細線部５を有するように非晶質薄膜を成膜してもよい。

また、上記実施形態１〜７では、基板としてガラス基板を用いたが、エネルギービームを透過可能な材料であれば、石英基板やシリコン基板、セラミック基板などを用いてもよい。また、これらの基板にエネルギービームを透過可能な他の膜を形成したものでもよい。ただし、上記実施形態７では、少なくともいずれか一方の基板は可視光を透過する材料からなることが必要である。

さらに、エネルギービームの薄膜（実施形態１〜７では非晶質シリコン膜）による吸収係数が、基板による吸収係数よりも大きいと、エネルギービームが薄膜によって多く吸収され、基板側ではあまり吸収されないため、基板温度が上昇しにくくなり、ガラスなどの歪温度が低い材料や低融点の材料を基板として用いることが可能となる。したがって、エネルギービームの薄膜による吸収係数は、基板による吸収係数よりも大きいことが好ましい。

さらに、上記実施形態６では、チャネル部にＢ（ボロン）やＰ（リン）などの不純物注入を行わなかったが、トランジスタの閾値電圧を制御するために必要な量だけＢやＰの注入を行ってもよい。

さらに、上記実施形態６では、単純にゲート電極をマスクとしてＢやＰの注入を行ったが、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造やＧＯＬＤ（Ｇａｔｅ Ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造などの構成にしてもよい。

さらに、上記実施形態１〜６では、エキシマパルスレーザ光を照射する際に非晶質シリコン膜が露出された状態で行ったが、必要に応じて二酸化シリコン膜などでキャップした後でレーザ光照射を行ってもよい。

さらに、パルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の１回の照射毎の移動量が、１回のパルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の照射により薄膜が横方向に結晶成長される長さよりも長くなると、前のパルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の照射により形成された結晶を種として結晶成長が進まないため、パルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の各照射境界毎に結晶粒界や非晶質領域がある結晶しか得られない。よって、パルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の１回の照射毎の移動量は、１回のパルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の照射により非晶質薄膜が横方向（基板面に沿った方向）に結晶成長される長さよりも短くなるように設定することが好ましい。

さらに、上記実施形態１では細線部５の幅を５００ｎｍとしたが、１０ｎｍより細くすると、パルスレーザ光を移動しながら繰り返し照射しても、細線部５で横方向結晶成長が順調に進まない。また、細線部５の幅が２μｍより太いと、細線部５内に結晶粒界が発生してしまう。したがって、細線部５の幅は、１０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内に設定することが好ましい。

さらに、上記実施形態１では、細線部５と、この細線部５の周囲に細線部５から分離した状態で形成される薄膜部との間隔を２μｍとしたが、この間隔が１００ｎｍよりも小さい場合にはパルスレーザ光を照射して溶融した時に、細線部と、周囲に形成した非晶質薄膜とがつながってしまう。また、この間隔を１０μｍより大きくすると、非晶質薄膜が設けられていない部分ではパルスレーザ光が吸収されないため、細線部５の熱が周囲に逃げて温度が上がり難くなり、細線部５ではない領域(幅広領域)との温度差が大きくなり過ぎて、両領域(細線部５と幅広領域)を同じパルスレーザ光照射条件で溶融させることが困難となる。即ち、細線部５を良好に溶融させるレーザ光照射条件では幅広領域は温度が上がり過ぎて薄膜の飛散が生じ、幅広領域を良好に溶融させる条件では、細線部５は充分には溶融しない。したがって、細線部５とこの周囲の薄膜部との間隔は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

さらに、上記実施形態１〜７では、結晶性半導体薄膜としてシリコン材料を用いたが、これに限らず、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰなどの材料でもよく、また、これらの混晶材料であってもよい。

さらに、上記実施形態５では結晶性薄膜ダイオードとしてｐ−ｎ接合を形成したが、ｐ−ｉ−ｎ接合を形成してもよい。

さらに、上記実施形態５，６では、結晶性薄膜半導体装置として、結晶性薄膜ダイオードまたは結晶性薄膜トランジスタを作製したが、これら以外の結晶性薄膜半導体装置であってもよく、またこれらを組み合わせて作製してもよい。

さらに、上記実施形態１〜６ではエネルギービームとしてエキシマパルスレーザ光を用いたが、他のレーザ光であってもよく、また、パルス状エネルギービームであってもよい。

さらに、上記実施形態７では、ディスプレイ装置として液晶ディスプレイ装置をその一例に挙げて説明したが、有機薄膜ＥＬディスプレイなど、他のディスプレイ装置にも本発明は適用可能である。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜７を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜７に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜７の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、基板上に形成された非晶質薄膜に対してエネルギーを付与して結晶化させる結晶性薄膜形成方法、この結晶性薄膜形成方法を用いて作製された結晶性薄膜、その結晶性薄膜を用いて優れた性能を発揮することが可能な結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置、およびこれらの結晶性薄膜半導体装置を備えたディスプレイ装置の分野において、単結晶を用いた場合に近い特性で、かつ、特性が揃った結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置を任意の領域に同時に作製することが可能できるため、開口率が高い液晶ディスプレイ装置や高性能な周辺回路が内蔵されたディスプレイ装置、このようなディスプレイ装置を表示部に用いたパーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビジョン装置などのＡＶ機器などに広く利用できて、生産性向上および製造コストの低廉価化を図ることが可能となる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態１の結晶性薄膜形成方法について説明するための要部断面図およびその平面図である。 本発明の実施形態２の結晶性薄膜形成方法について説明するための平面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態３の結晶性薄膜形成方法について説明するための平面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態４の結晶性薄膜形成方法について説明するための平面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施形態５の結晶性薄膜半導体装置として結晶性薄膜ダイオードを作製する方法について説明するための各工程（その１）の平面図である。 （ｄ）および（ｅ）はそれぞれ、本発明の実施形態５の結晶性薄膜半導体装置として結晶性薄膜ダイオードを作製する方法について説明するための各工程（その２）の平面図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、本発明の実施形態６の結晶性薄膜半導体装置として結晶性薄膜トランジスタを作製する方法について説明するための各工程の平面図である。 本発明の実施形態７のディスプレイ装置として液晶ディスプレイ装置を作製する方法について説明するための図であって、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、液晶層を挟んで対向配置される一対の基板部をそれぞれ示す要部断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の細線部の長手方向および幅を説明するための平面図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 窒化シリコン膜
３ 二酸化シリコン膜
４ 非晶質シリコン膜
５ 細線部
６ ライン状エキシマパルスレーザ光
７ ライン状エキシマパルスレーザ光の走査方向
８，８Ａ〜８Ｄ 非晶質シリコン膜の周囲の非晶質シリコン膜部
９ 結晶性シリコン膜
１０ 二酸化シリコン膜
１１ レジスト
１２ レジスト
１３ 開口部
１４ コンタクトホール
１５ 電極
１６ ゲート絶縁膜
１７ ゲート電極
１８ 二酸化シリコン膜
１９ 窒化シリコン膜
２０ コンタクトホール
２１ ソース電極
２２ ドレイン電極
２３ 樹脂膜
２４ ＩＴＯ膜
２５ ポリイミド膜
２６ ガラス基板
２７ カラーフィルター
２８ ＩＴＯ膜
２９ ポリイミド膜
３０ 細線部の長手方向
Ｗ 細線部の幅

Claims (23)

1. 基板上に形成された非晶質薄膜に、エネルギービームを照射して溶融させた後、該非晶質薄膜を結晶成長させて結晶性薄膜を形成する結晶性薄膜形成方法において、
   互いに垂直な方向に伸びた複数の細線部を有する形状に該非晶質薄膜を形成するステップと、
   該細線部の長手方向から略４５度傾いた方向にエネルギービームを移動させながら照射することにより、該細線部を含む該非晶質薄膜を結晶化させるステップとを有する結晶性薄膜形成方法。
2. 前記エネルギービームは、ライン状エネルギービームである請求項１に記載の結晶性薄膜形成方法。
3. 前記エネルギービームは、前記非晶質薄膜による吸収係数が、前記基板による吸収係数よりも大きいビームを用いる請求項１または２に記載の結晶性薄膜形成方法。
4. 前記エネルギービームはパルス状エネルギービームである請求項１〜３のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
5. 前記エネルギービームは光である請求項１〜３のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
6. 前記光はレーザ光である請求項５に記載の結晶性薄膜形成方法。
7. 前記光はパルス光である請求項５に記載の結晶性薄膜形成方法。
8. 前記パルス光はパルスレーザ光である請求項７に記載の結晶性薄膜形成方法。
9. 前記パルス状エネルギービームまたはパルスレーザ光の１回の照射毎の移動量が、該１回の照射により前記非晶質薄膜が基板面に平行な方向に結晶成長する長さよりも短くなるように設定されている請求項４または８に記載の結晶性薄膜形成方法。
10. 前記細線部を有する非晶質薄膜を形成する際に、該非晶質薄膜の周囲に、該非晶質薄膜から分離した状態で、該非晶質薄膜と同じ材料からなる薄膜部を形成し、該非晶質薄膜および薄膜部に対して前記エネルギービームを照射する請求項１〜５および９のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
11. 前記細線部を有する非晶質薄膜を形成する際に、互いに平行に並んだ複数の細線部を形成する請求項１または１０に記載の結晶性薄膜形成方法。
12. 前記細線部の幅が１０ｎｍ以上２μｍ以下の範囲内に設定されている請求項１，１０および１１のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
13. 前記細線部の幅は結晶粒界が生じない幅に設定されている請求項１，１０および１１のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
14. 前記細線部を有する非晶質薄膜と、該細線部の周囲に形成された前記薄膜部との間隔が、１００ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内に設定されている請求項１０〜１３のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
15. 前記細線部は、前記非晶質薄膜の二つの幅広部間を該非晶質薄膜で連結するように形成されている請求項１および１０〜１４のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
16. 前記非晶質薄膜は非晶質半導体薄膜である請求項１，３，９〜１１および１４のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法。
17. 前記非晶質半導体薄膜はシリコン材料からなる請求項１６に記載の結晶性薄膜形成方法。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載の結晶性薄膜形成方法により作製された結晶性薄膜。
19. 請求項１６または１７に記載の結晶性薄膜形成方法により作製された結晶性半導体薄膜を用いた結晶性薄膜半導体装置。
20. 前記細線部の結晶性薄膜を用いた請求項１９に記載の結晶性薄膜半導体装置。
21. 前記細線部の結晶性薄膜内にｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有する結晶性薄膜ダイオードを備えた請求項２０に記載の結晶性薄膜半導体装置。
22. 前記細線部の結晶性薄膜にチャネル領域を有する結晶性薄膜トランジスタを備えた請求項２０に記載の結晶性薄膜半導体装置。
23. 請求項１６または１７に記載の結晶性薄膜形成方法により作製された結晶性半導体薄膜を用いた結晶性薄膜半導体装置が設けられているディスプレイ装置。

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