JP2008085317A - 結晶性半導体膜、及び半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶粒の幅を制御することが可能な結晶性半導体膜の作製方法、さらには、特定の結晶構造を有し、且つ結晶粒の幅を制御することが可能な結晶性半導体膜の作製方法を提供する。
【解決手段】基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、非晶質半導体膜上に、キャップ膜を形成し、キャップ膜を透過する連続発振又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザビームが非晶質半導体膜に照射されるように走査して非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化する。このとき、レーザビームのビームスポットにおける長さ方向及び幅方向のエネルギー分布はガウス分布であり、非晶質半導体膜の一領域あたりにレーザビームを５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下照射するようにレーザビームを走査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ結晶化技術を用いて形成した結晶構造を有する半導体膜の作製方法、及びそれを備える薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）等の半導体装置の作製方法に関する。より詳しくは、本発明は、結晶粒の幅が制御された結晶粒を有する結晶性半導体膜の作製方法、それを備えた半導体装置の作製方法に関する。

近年、ガラス基板上に形成された非晶質半導体膜にレーザビームを照射し、結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶性半導体膜）を形成するレーザ結晶化技術が広く研究されており、多くの提案がなされている。

その結晶性半導体膜をＴＦＴに用いるのは、非晶質半導体膜と比較して高い移動度を有するためであり、その結果、この結晶性半導体膜を用いたＴＦＴは、１枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等に利用されている。

その結晶化方法には、レーザ結晶化以外にファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）もあるが、レーザ結晶化を用いた場合には、基板の温度をあまり上昇させることなく半導体膜にのみ熱を吸収させ結晶化することができる。そのため基板にガラスやプラスチック等の融点が低い物質を使用できる特色がある。その結果、安価で大面積での加工が容易なガラス基板を用いることができるようになるため、そのレーザ結晶化は生産効率を著しく向上させることができる。

本出願人は、その結晶化方法の優れた特性に着目し、レーザ結晶化による半導体膜の製造に鋭意努め、その結果多くの技術の開発に成功した。その成功した技術の中に、酸素、窒素、及び炭素の濃度を低減した非結晶質半導体膜にレーザビームを照射し、溶融工程と再結晶化工程を経ることにより、半導体特性、特に高移動度の結晶性半導体膜を得る技術があり（特許文献１）、その技術の提案においては、レーザ照射の際には非結晶膜上に保護膜を形成することが好ましいことも開示されており、かつ、この保護膜の設置により半導体膜中への不純物の混入が回避できることも開示されている。
特開平５−２９９３３９号公報

本発明は、結晶粒の幅を制御することが可能な結晶性半導体膜の作製方法、さらには、特定の結晶構造を有し、且つ結晶粒の幅を制御することが可能な結晶性半導体膜の作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち発明の目的とするものである。また、電気特性が優れ、かつ半導体素子間での電気特性のバラツキが低減された半導体装置の作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち発明の目的とするものである。

本発明は、上記したとおり結晶性半導体膜及び半導体装置の作製方法を提供するものであり、その結晶性半導体膜の作製方法は、基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、非晶質半導体膜上に、キャップ膜を形成し、キャップ膜を透過する連続発振又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザビームが非晶質半導体膜に照射されるように走査して非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化することを特徴とする。このとき、レーザビームのビームスポットにおける長さ方向及び幅方向のエネルギー分布はガウス分布であり、非晶質半導体膜の一領域あたりにレーザビームを５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下照射するようにレーザビームを走査する。

レーザビームのエネルギーの一部は、非晶質半導体膜を溶融させるエネルギーより高い。また、非晶質半導体膜の厚さは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。また、結晶性半導体膜中の結晶粒界の間隔は０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。また、キャップ膜は、酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜であってもよい。さらには、非晶質半導体膜は、非晶質珪素膜であってもよい。

上記構成により結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶を有する結晶性半導体膜を作製することができる。さらには、直交する３つの面において結晶方位が一定の割合以上で揃っている結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶性半導体膜を作製することができる。

なお、キャップ膜として酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を用いると、結晶性半導体膜の結晶粒の面方位は、半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上９割以下であり、半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上９割以下であり、半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上９割以下である。なお、半導体膜の第１の面は、基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、第１方向が法線ベクトルとなる面であり、半導体膜の第２の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、半導体膜の第３の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、第３の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。

なお、ここでは、レーザビームのビームスポットの幅方向にレーザビームを走査する。また、結晶粒の幅とは、レーザビームの走査方向と９０度交差する方向であり、即ちレーザビームのビームスポットの長さと同じ方向の結晶粒の長さのことをいい、他の言い方をすると、結晶粒界に対して概略９０度交差した方向の結晶粒の長さのことをいう。

本発明によれば、レーザビームの照射により半導体膜を所定の方向に結晶成長させて幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の大粒径結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。さらには、直交する３つの面における結晶方位が一定の割合揃っており、それにより優れた半導体特性を発現することができる。

具体的には、結晶性半導体膜の結晶の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、且つ結晶性半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上９割以下、好ましくは７割以上８割以下であり、結晶性半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上９割以下、好ましくは７割以上８割以下であり、結晶性半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上９割以下、好ましくは７割以上８割以下である結晶性半導体膜を作製することができる。

また、当該結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成すると、電気特性が優れ、かつ隣接する半導体素子間での電気特性のバラツキが低減され、優れた特性を有する半導体装置を作製することができるのである。特に、半導体素子として薄膜トランジスタを形成する場合、結晶粒界とキャリアの移動方向とが平行になるように半導体層の配置を制御することで、チャネルを横切る結晶粒界の位置を制御でき、電界効果移動度などの電気的特性が高い薄膜トランジスタを得ることができる。

本発明の実施の形態について以下に説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
実施の形態１においては、まず、本発明の結晶性半導体膜の製造プロセスの概要について図１、図２、図７、図８を用いて説明し、次いで結晶構造に関する基礎的事項、本発明の結晶性半導体膜の結晶構造について図４乃至図６を用いて具体的に説明する。

まず、図１に図示するとおり、絶縁表面を有する基板１００として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、その片面に、下地膜として機能する絶縁膜１０１として厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜、厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。さらに、絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、さらに好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。

基板１００としては、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英などのガラス基板を用いる。その他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ポリプロピレンに代表されるプラスチックや、アクリルなどに代表される合成樹脂を原料とする基板を用いることもできる。

なお、下地膜として機能する絶縁膜１０１は、必要に応じて設ければよく、基板１００がガラスの場合は、ガラスからの不純物が半導体膜１０２に拡散することを防止するものであるが、基板１００として石英基板を用いた場合は、下地膜として機能する絶縁膜１０１を設ける必要はない。また、絶縁膜１０１と基板１００との間に剥離層を設け、工程終了後に基板１００から後に形成される半導体素子を剥離してもよい。

半導体膜１０２については、本実施の形態では非晶質珪素を用いるが、多結晶珪素を用いてもよいし、またシリコンゲルマニウム（Ｓｉ_１−ｘＧｅ_ｘ（０＜ｘ＜０．１））なども用いることができるし、さらに単結晶がダイヤモンド構造であるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いることができる。

本実施の形態においては、半導体膜１０２として非晶質珪素の例を示したが、多結晶珪素を使用してもよく、それは、例えば、非晶質珪素成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、コバルト、白金、金等の元素を微量添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理を施すことによって形成することができる。

また、その半導体膜１０２を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。この加熱処理は、非晶質珪素膜から水素を出すための処理である。なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜１０２から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜１０２に含まれる水素が少なければ省略できる。

次に、半導体膜１０２上に厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のキャップ膜１０３を形成する。このキャップ膜１０３については、薄すぎると後に形成される結晶性半導体膜の面方位を制御することが難しくなるため、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さで成膜するのが好ましい。また、レーザビームの波長に対し十分な透過率を持ち、熱膨張係数などの熱的な値や延性などの値が隣接する半導体膜と近いものであることが好ましい。さらに、キャップ膜１０３は、後に形成される薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と同等の固く緻密な膜であることが好ましい。このような固く緻密な膜は、例えば成膜レートを低くすることにより形成することができる。成膜速度は１ｎｍ／ｍｉｎ以上４００ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは１ｎｍ／ｍｉｎ以上１００ｎｍ／ｍｉｎがよい。

なお、キャップ膜に水素が多く含まれている場合には、半導体膜１０２と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。

キャップ膜１０３は、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等を一層で形成することができる。また、窒素を含む酸化珪素膜と酸素を含む窒化珪素膜を積層したキャップ膜や、酸素を含む窒化珪素膜と窒素を含む酸化珪素膜を積層したキャップ膜を形成することができる。さらには、キャップ膜として複数の膜を積層させ、且つ薄膜による光の干渉効果を利用して半導体膜１０２の光吸収効率を高めることができる。このような構造のキャップ膜を用いることにより、少ないエネルギーのレーザビームを用いて半導体膜１０２を結晶化することが可能であるため、コスト削減が可能である。

ここでは、キャップ膜１０３として厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を成膜する。

このキャップ膜１０３については、本実施の形態ではモノシラン、アンモニア及び亜酸化窒素を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚さ３００ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜を成膜する。なお、亜酸化窒素は酸化剤として用いるものであり、その代わりに酸化作用のある酸素を用いてもよい。

ここで、連続発振のレーザビームまたは周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射したときに形成される結晶粒の幅とレーザビームの照射時間の関係について以下に示す。

半導体膜の結晶化プロセスにおいては、半導体膜中の温度勾配による対流や表面張力等の圧力差から生じる対流等の影響は小さいと考えられ、ここでは、これらの要因より半導体膜の溶融時間が主に結晶の成長距離に関与していると考える。なお、ここでの半導体膜の溶融時間とは、半導体膜が溶融し始めてから、凝固し終わるまでの時間をいう。

図８（Ａ）においては、破線１１４はパルス発振のレーザビームのエネルギー分布の時間変化を示し、実線１１５はレーザビームが照射された半導体膜の温度の時間変化を示す。図８（Ａ）に示すように、従来のパルス発振のレーザビームが照射されたとき、レーザビームのエネルギーのほぼすべてが半導体膜の表面に吸収され、半導体膜が加熱される。なお、従来の結晶化プロセスに用いられるパルス発振のレーザビームのパルス幅は１〜１００ナノ秒程度と極めて短いため、半導体膜に照射されたレーザビームのエネルギーは半導体膜の表面で吸収され、当該エネルギーが熱となり、急激に半導体膜を加熱する。こののち、熱が半導体膜及び下地膜として機能する絶縁膜１０１に伝達し半導体膜が冷却される。このため、短時間で半導体膜を融点以上にまで加熱することが可能である。また、半導体膜の温度（実線１１５）は一定温度を保った後、徐々に下降し、半導体膜の溶融温度以下になる。従来のパルス発振のレーザビームを用いた結晶化において、半導体膜の溶融時間１１７はパルス幅１１６より長いものの、半導体膜の溶融時間１１７はパルス幅１１６と近似することができる。従来のパルス発振のエキシマレーザビームを用いた半導体膜の結晶化工程においては、パルス幅１１６が数十ナノ秒〜数百ナノ秒であるため、半導体膜の溶融時間１１７もほぼ数十ナノ秒〜百数十ナノ秒であるといえる。

一方、上記パルス幅のレーザビームを半導体膜に照射したときに形成される結晶性半導体膜の結晶粒の幅は、数十ナノメートルから百数十ナノメートルである。結晶粒の幅は結晶の成長距離とみなすことができる。実験によりパルス幅が伸びると結晶粒も大きくなることが分かっており、半導体膜の溶融時間及び結晶の成長距離が比例関係と仮定すると、レーザビームの照射時間一ナノ秒あたり結晶粒が一ナノメートル成長するといえる。

当該比例関係を、連続発振のレーザビームまたは周波数が１０ＭＨｚのパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射して結晶性半導体膜を形成する場合に当てはめてみる。

図８（Ｂ）においては、破線１２４は連続発振のレーザビームのエネルギー分布の時間変化を示し、実線１２５はレーザビームが照射された半導体膜の温度の時間変化を示す。図８（Ｂ）に示すように、連続発振のレーザビームが半導体膜の一領域に連続的に照射される時間１２６は５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下、好ましくは１０マイクロ秒以上５０マイクロ秒以下である。これは、連続発振のレーザビームの走査方向におけるビームスポットの幅及び走査速度より計算することができる。例えばここでは、ビームスポットの幅を５μｍ以上１５μｍ以下とし、走査速度を３００ｍｍ／秒以上７００ｍｍ／秒以下とする。

本発明の連続発振のレーザビームの照射時間は、５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下、好ましくは１０マイクロ秒以上５０マイクロ秒以下と、従来のパルス発振のレーザビームの照射時間と比較して長い。このため、図８（Ｂ）に示すように、レーザビームが照射されると、レーザビームのエネルギーが熱となり半導体膜に伝導する（このときで半導体膜に伝達するエネルギーをＥ１と示す。）とともに、半導体膜から下地膜として機能する絶縁膜１０１に熱が伝達する（このときのエネルギーをＥ２と示す）。Ｅ１がＥ２より大きいとき、レーザビームのエネルギー分布（波線１２４）が上昇し、レーザビームのエネルギーにより半導体膜が加熱される。この結果、図８（Ｂ）に示すように、当該半導体膜の温度（実線１２５）は急峻には上昇せず、加熱期間１２８において徐々に加熱される。

次に、半導体膜の温度が溶融温度以上の期間は溶融期間１２７となる。次に、半導体膜の融点以上となる溶融期間１２７の後、Ｅ２がＥ１より大きいとき、徐々に半導体膜の温度が下降する。この期間を冷却期間１２９という。このため、半導体膜の一領域に５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下、好ましくは１０マイクロ秒以上５０マイクロ秒以下連続的にレーザビームが照射されていても、実質的に半導体膜を溶融する溶融期間１２７は、半導体膜の一領域に連続的に照射される時間の１０分の一程度となると考えられる。また、レーザビームが照射されて半導体膜が溶融するまで、若干の時間差がある。このため、連続発振のレーザビームを半導体膜に照射すると、半導体膜の一領域において０．５マイクロ秒以上１０マイクロ秒以下、好ましくは１マイクロ秒以上５マイクロ秒以下の間連続的に半導体膜が溶融していると考えられる。

従来のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射したときの半導体膜の溶融時間及び結晶の成長距離の関係を、連続発振のレーザビームを半導体膜に照射し形成した結晶粒に当てはめると、結晶の成長距離は０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍになる。即ち結晶粒が隣接する結晶性半導体膜において、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下となる。なお、このとき、半導体膜の溶融時間によって結晶の成長距離が決まると考えられるため、隣接する結晶粒の面方位が同じであっても、結晶粒の間には結晶粒界が含まれる。

また、キャップ膜１０３を用いたレーザ結晶化による半導体膜の面方位及び結晶粒界について、以下に説明する。

半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を設けることにより、半導体膜１０２及びキャップ膜１０３の界面のエネルギーが最小となる。このため、溶融した半導体膜１０２が凝固する際、半導体膜の結晶の方位が一方向に揃いやすくなる。半導体膜の結晶成長速度は面方位に影響を受ける。このため、結晶方位が一方向に揃っていると、結晶成長速度も各結晶ごとにほぼ等しくなる。このため、結晶の成長時間も結晶ごとにほぼ等しくなり、結晶の成長距離も等しくなる。以上のことから、半導体膜上にキャップ膜を設け、レーザ結晶化を行うことで、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である半導体膜を形成することができる。さらには、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、且つ結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる半導体膜を形成することができる。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜を形成することができる。

次に、レーザを非晶質半導体膜に照射して結晶化する際に用いるレーザ発振器及びビームスポットを形成する光学系に関して説明する。

図７に示すように、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとして、半導体膜１０２に数十％以上吸収される波長のレーザを用いる。代表的には、第２高調波又は第３高調波を用いることができるが、ここでは、合計の最大出力が２０Ｗ、ＬＤ励起（レーザーダイオード励起）の連続発振レーザ（Ｎｄ：ＹＶＯ_４、第２高調波（波長５３２ｎｍ））を用意する。特に第２高調波に限定する必要はないが、第２高調波はエネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れている。

本発明で用いるレーザパワーは、半導体膜を完全に溶融すること可能な範囲であり、かつ結晶の面方位が揃っている結晶性半導体膜を形成することが可能な範囲である。この範囲よりも低いレーザパワーを用いると、半導体膜を完全に溶融することができず、結晶の面方位が一定方向に揃わず、結晶粒の小さい結晶性半導体膜が形成されてしまう。逆に、この範囲よりも高いレーザパワーを用いると、半導体膜中に大量の結晶核が発生し、当該結晶核から無秩序な結晶成長が生じるため、結晶粒の位置、大きさ及び面方位が不均一な結晶性半導体膜が形成されてしまう。

連続発振レーザを半導体膜１０２に照射すると、連続的に半導体膜１０２にエネルギーが与えられるため、一旦半導体膜を溶融状態にすると、その状態を継続させることができる。図１（Ｂ）においては、レーザビーム１０５が照射されている半導体膜１０７は溶融している。さらに、連続発振レーザを走査することによって半導体膜の固液界面を移動させ、ラテラル成長する。即ち、この移動の方向に沿って一方向に長く、幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶粒を形成することができる。図２（Ａ）は、図１（Ｂ）の斜視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のレーザビーム１０５の照射領域の拡大図、及びレーザビームのビームスポット１１０の長さ方向１１０ａのエネルギー分布１１２ａを示し、図２（Ｃ）はレーザビームのビームスポット１１０の幅方向１１０ｂのエネルギー分布１１２ｂを示す。レーザビームが走査された半導体膜は、ビームスポット１１０からレーザ走査方向に伸びた結晶粒１１３が形成されその幅は０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。

その際に固体レーザを用いるのは、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理が見込まれるためである。なお、連続発振レーザに限らず、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることも可能である。

その際に繰り返し周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザのパルス間隔が短ければ、常に半導体膜を膜厚方向全体において溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動により一方向に長い結晶粒で構成される半導体膜を形成することができる。この場合は、例外的にレーザのパルス幅が半導体膜の溶融時間より極めて小さくなるが、レーザの性質としては連続発振レーザとほぼ同等なので、連続発振レーザと同様の扱いができる。なお、図７の場合ではレーザ発振器を２台用意したが、出力が十分であれば１台でよい。

本実施の形態では、レーザ発振器１１ａ、１１ｂにＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを用いたが、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザや、その他の連続発振レーザを使用することもできる。例えば、気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ等がある。固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ等がある。さらに、ＹＡＧレーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ等のセラミックスレーザがある。また、金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。

また、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとしては、レーザビームをＴＥＭ_００（シングル横モード）で発振して射出することもでき、このようにすると被照射面において得られる線状ビームスポットの集光性を高め、エネルギー密度を高めることができるので好ましい。

これらのレーザ発振器を用いて射出されたレーザの光学的処理の概要は以下の通りである。レーザ発振器１１ａ、１１ｂからレーザビーム１２ａ、１２ｂをそれぞれ同じエネルギーで射出する。レーザ発振器１１ｂから射出されたレーザビーム１２ｂは、波長板１３を通して偏光方向を変えるが、それは偏光子１４によって互いに偏光方向が異なる２つのレーザビームを合成するためである。

その波長板１３にレーザビーム１２ｂを通した後、ミラー２２で反射させ、偏光子１４にレーザビーム１２ｂを入射させ、その偏光子１４でレーザビーム１２ａとレーザビーム１２ｂを合成し、レーザビーム１２とする。その際には波長板１３及び偏光子１４を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板１３と偏光子１４を調整する。なお、本実施の形態では、レーザビームの合成に偏光子１４を用いているが、偏光ビームスプリッターなどの他の光学素子を用いてもよい。

その偏光子１４によって合成されたレーザビーム１２は、ミラー１５によって反射され、焦点距離が、例えば１５０ｍｍのシリンドリカルレンズ１６及び焦点距離が、例えば２０ｍｍのシリンドリカルレンズ１７によって、レーザビームの断面形状を被照射面１８において線状に整形する。なお、ミラー１５はレーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。

その際には、シリンドリカルレンズ１６は被照射面１８で形成されるビームスポットの長さ方向に作用し、シリンドリカルレンズ１７はその幅方向に作用するものであり、これらにより、被照射面１８において、例えば長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状のビームスポットが形成される。なお、本実施の形態では、線状に成形するためにシリンドリカルレンズを用いているが、これには限らず、球面レンズ、シリンドリカルレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などのその他の光学素子を用いてもよいし、シリンドリカルレンズの焦点距離は上記の値に限らず、自由に設定することができる。

本発明では、前記したとおりセラミックレーザを用いることができ、それを用いた場合には、レーザの媒質の形状を比較的自由に整形することが可能であるため、そのようなレーザビームの作製に適している。なお、線状に形成されたレーザビームの断面形状は出来るだけ幅が細い方が好ましく、これにより半導体膜におけるレーザビームのエネルギー密度が上がるため、工程時間を短縮できる。

次に、レーザビームの照射方法について説明する。キャップ膜１０３に覆われた半導体膜１０２が形成された被照射面１８を比較的高速で動作させるため、吸着ステージ１９に固定する。吸着ステージ１９は、Ｘ軸用の一軸ロボット２０とＹ軸用の一軸ロボット２１により、被照射面１８に平行な面上をＸＹ方向に動作でき、線状のビームスポットの長さ方向とＹ軸を一致させて配置する。

それに続いて、ビームスポットの幅方向、つまりＸ軸に沿って被照射面１８を動作させ、レーザビームを被照射面１８に照射する。ここでは、Ｘ軸用の一軸ロボット２０の走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃ、また２台のレーザ発振器からそれぞれ７．０Ｗのエネルギーでレーザを射出しており、合成後のレーザの出力は１４Ｗとなる。そのレーザビームが照射されることによって半導体が完全溶融した領域が形成され、固化される過程で結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である結晶粒を有する結晶性半導体膜、さらにはひとつの面方位に結晶が成長し、本発明の結晶性半導体膜を形成することができる。

また、Ｘ軸用の一軸ロボット２０の走査速度は、数ｃｍ／ｓ〜数１００ｃｍ／ｓｅｃ程度が適当であり、レーザ発振器の出力に合わせて作業者が適宜決定すればよい。

なお、本実施の形態では、Ｘ軸用の一軸ロボット２０およびＹ軸用の一軸ロボット２１を用いて、被照射面１８を有する基板１００を移動させる方式を用いているが、これに限らず、レーザビームの走査は、被照射面１８を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して被照射面１８を移動させる被照射面移動型、または上記２つの方法を組み合わせた方法も用いることができる。

さらに、上述したように、上記した光学系によって形成されるビームスポットの長さ方向のエネルギー分布はガウス分布であるため、その両端のエネルギー密度の低い箇所では小粒径結晶が形成される。そこで、結晶粒の幅を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下に制御するのに充分なエネルギーのみが被照射面１８に照射されるよう、被照射面１８の手前にスリット等を設けレーザビームの一部を切り取る構成としてもよい。また、ビームスポットの長さ方向のエネルギー分布において、半導体膜を溶融することが可能なエネルギー分布の領域を重ね合わせながらレーザビームを照射することで、小粒径結晶が形成されるのを回避することができる。

また、レーザ発振器１１ａ及び１１ｂから射出されるレーザビームをより効率的に使用するために、レンズアレイや回折光学素子等のビームホモジナイザを用いて、ビームスポットの長さ方向のエネルギーを一様な分布としてもよい。さらに、形成された結晶性半導体膜の幅の分だけ、Ｙ軸用の一軸ロボット２１を移動させ、再度Ｘ軸用の一軸ロボット２０を所定の速度、ここでは３５ｃｍ／ｓｅｃで走査させることもでき、このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を効率よく結晶化することができる（図１（Ｃ））。

次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去し、その後結晶性半導体膜の半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した結晶性半導体膜を除去する。この工程によって、図２（Ｄ）に示すように、絶縁膜１０１上に島状の半導体膜１２１を形成する。また、この島状の半導体膜を用いて薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、ＣＣＤ等の半導体素子を有する半導体装置を作製することができる。ここでは、図１（Ｄ）に示すように、一形態として薄膜トランジスタ１５０を作製する。

次に、本実施の形態で作製した結晶性半導体膜の面方位について述べる。

本実施の形態では、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去した結晶性半導体膜の、結晶粒の位置と大きさ、および結晶の面方位について、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ；電子後方散乱回折像）測定を行っており、まずＥＢＳＰの基本的事項を説明し、ついで補足的説明を加えながら結果について説明する。

そのＥＢＳＰとは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）にＥＢＳＰ検出器を接続し、走査型電子顕微鏡内で高傾斜した試料に収束電子ビームを照射したときに発生する個々の結晶の回折像（ＥＢＳＰ像）の方位を解析し、方位データと測定点の位置情報（ｘ，ｙ）から試料の結晶の面方位を測定する方法である。

結晶性半導体膜に電子線を入射させると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶の面方位に特有な線状のパターンも合わせて観察することができる。ここで、この線状のパターンは一般的に菊池線と呼ばれており、ＥＢＳＰ法は、検出器に映った菊池線を解析することによって結晶性半導体膜の結晶の面方位を求めるものである。

多結晶構造の試料は、各結晶粒が異なった面方位を持っている。そこで、結晶性半導体膜の照射位置を移動させる度に電子線を照射し、照射位置ごとに結晶の面方位の解析を行う。このようにして、平坦な表面を持つ結晶性半導体膜の結晶の面方位や配向情報を得ることができ、測定領域が広いほど結晶性半導体膜全体の面方位の傾向を得ることがでるので、測定点が多いほど測定領域中の結晶の面方位の情報を詳細に得ることができる。

しかし、結晶内部の面方位は、結晶の一つの観察面からの測定による面方位のみで決定することはできない。それは、一観察面のみにおいて面方位が一方向に揃っていたとしても、他の観察面において面方位が揃っていなければ、その結晶内部の面方位が揃っているとは言えないからであり、そのため、結晶内部の面方位を決定するには、少なくとも二つの表面からの面方位が必要となり、より多くの面からの情報が多くなるほど精度が高くなる。

測定領域内で３つの面とも面方位分布が均一であれば、近似的に単一の結晶と見なすことができる。実際には、図３に示すように、互いに直交する３つのベクトル（ベクトルａ、ベクトルｂ、ベクトルｃ）がそれぞれ法線ベクトルとなる３つの面（観察面Ａ、観察面Ｂ、観察面Ｃ）の情報を総合することによって、高精度で結晶内部の面方位を特定することができる。

本実施の形態において形成される結晶性半導体膜では、以下のようにベクトルａ〜ｃを設定した。ベクトルｃはレーザビームの走査方向（即ち、結晶粒の成長方向）及び基板表面と平行であり、ベクトルａは基板表面及びベクトルｃと垂直であり、ベクトルｂは基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向であって、即ちベクトルａ及びベクトルｃと互いに垂直である。これら３つの観察面Ａ〜Ｃからの情報より、結晶膜の面方位を高精度に特定することができる。

まず、結晶性半導体膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図４〜図６に示す。本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の表面に対し、６０°の入射角で電子線を入射し、得られるＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。その測定範囲は、５０μｍ×５０μｍであり、この領域において、縦横０．１μｍ毎の格子点状に測定を行った。また、ＥＢＳＰ法の測定面は試料表面であるため、結晶性半導体膜を最上層とする必要があり、そのためキャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜をエッチングした後に測定を行った。

ベクトルａが法線ベクトルとなる観察面Ａにおける面方位分布を図４（ａ）に、同様にベクトルｂが法線ベクトルとなる観察面Ｂにおける面方位分布を図４（ｂ）に、ベクトルｃが法線ベクトルとなる観察面Ｃにおける面方位分布を図４（ｃ）に示す。図４（ａ）〜（ｃ）は、各測定点がどの面方位かを示す方位マップ像で、図４（ｄ）は、結晶の各面方位をカラーコード化して表した図であり、図４（ａ）〜（ｃ）の測定点の面方位は、図４（ｄ）の面方位に対応する色で示している。

なお、図４が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Ａでは＜００１＞方位に強く配向し、観察面Ｂでは＜３０１＞方位に強く配向し、観察面Ｃでは＜３０１＞方位に強く配向していることが分かる。また、個々の結晶粒の内部は面方位が均一であるため、色と形状によって個々の結晶粒の形状や大きさなどの大まかな情報をつかむことができる。さらに、面方位＜４０１＞や＜５０１＞、＜６０１＞は、面方位＜３０１＞と近いため、＜３０１＞と概略同じである。

ここで、図４（ａ）〜（ｃ）より、本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の結晶粒は、幅が１μｍ以上５μｍで長く伸びたドメインを有することが分かり、図４（ａ）〜（ｃ）においては、ドメインの長さは５〜５０μｍであり、さらには、５０μｍ以上の長さのドメインも見られた。なお、図４の測定領域は５０μｍ×５０μｍであるが、より広い範囲では長さが５〜１００μｍのドメインも見られる。また、図４（ａ）〜（ｃ）より、本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、観察面Ａ、Ｂ、Ｃにおいてそれぞれ＜００１＞方位、＜３０１＞方位、および＜３０１＞方位に強く配向していることが分かる。特定の指数に強く配向していることが分かった場合、その指数近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を求めることで面における配向の度合いを把握することができる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、図４に示す観察面Ａ〜Ｃにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、また図５（ｄ）は面方位の出現度数を示すスケールである。その図５では白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、黒に近い領域ほど面方位を有する結晶の割合が高いことを示す。図５（ａ）に示す逆極点図から、観察面Ａでは＜００１＞方位ほど黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の１４．０倍以上の頻度で＜００１＞方位が出現することがわかった。

また、図５（ｂ）に示す逆極点図から、観察面Ｂでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。さらに、図５（ｃ）に示す逆極点図から、観察面Ｃでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。

図５（ａ）〜（ｃ）の逆極点図において出現頻度が高い面方位について配向率を求め、その配向率の計算結果を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図６（ａ）は観察面Ａにおける配向率を求めた結果であり、その配向率は図５（ａ）の逆極点図において、＜００１＞方位の角度揺らぎの範囲を±１０°以内と決めて、全ての測定点に対する＜００１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより求めた。なお、図６（Ａ）において色が塗られた領域は、＜００１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。

また、全測定点のうち特定の配向を持つ点の比率を求めた値がＰａｒｔｉｔｉｏｎ Ｆ
ｒａｃｔｉｏｎの値であり、全測定点に対してこの特定の配向を持つ点のうち配向付けの信頼性が高い測定点の配向比率を求めた値がＴｏｔａｌ Ｆｒａｃｔｉｏｎの値である。この結果から、実施の形態において形成される結晶性半導体膜の観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が７１．２％を占める。なお、結晶の面方位は［１００］、［０１０］、［００１］、さらには前記方位のそれぞれの１が−１である面方位のように等価な方位群をまとめて＜００１＞と表記している。

図６（ｂ）、（ｃ）は、図５（ｂ）及び（ｃ）をもとに、図６（ａ）と同様に観察面Ｂ及びＣにおける配向率を求めた結果である。なお、図６（ｂ）及び（ｃ）の色が塗られた領域は、＜３０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、実施の形態において形成される結晶性半導体膜の観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞方位が７１．１％を占める。

本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞方位が７３．９％を占める。なお、結晶の面方位は［３１０］、［３０１］、［０１３］、さらには前記面方位それぞれの１及び３の一方または両方が負の値である面方位のように等価な方位群をまとめて＜３０１＞と示している。また、観察面Ｂ及びＣにおいては、面方位＜３０１＞の割合を示したが、面方位＜３０１＞と近い面方位＜４０１＞や＜５０１＞、＜６０１＞の配向率の割合としてもよい。

以上に示すように、３つの観察面それぞれにおいて結晶の面方位が一つの方向に高い割合で揃っている。つまり、結晶化された領域において、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる結晶が形成されていることがわかる。このようにして、一辺が数十μｍの領域内で、特定の面方位が非常に高い比率を占める結晶がガラス基板上に形成されることが確認された。

なお、ＥＢＳＰの測定は、例えば薄膜トランジスタのチャネル領域で測定可能である。即ち、ゲート配線及びゲート絶縁膜で覆われる半導体層で測定可能である。

以上の結果より、本実施の形態で作製した結晶性半導体膜の面方位をＥＢＳＰにより測定すると、観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上９割以下、好ましくは７割以上８割以下である。また、観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞方位が６割以上９割以下、好ましくは７割以上８割以下であり、観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞方位が６割以上９割以下、好ましくは７割以上８割以下である。

本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、且つ結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる方向に揃っている。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜であり、このような半導体膜を用いると、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能である。例えば、この結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成した場合、単結晶半導体を用いた半導体装置と同等の電界効果移動度（モビリティ）を得ることが可能である。

また、そのＴＦＴでは、オン電流値（ＴＦＴがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、しきい値電圧、Ｓ値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。このような効果があるため、ＴＦＴの電気的特性は向上し、そのＴＦＴを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。 従って、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、複数の素子間において性能のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置について図９、及び図１０を用いて説明する。

図９（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に基板１００上に下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成し、絶縁膜１０１上に半導体膜１０２を形成し、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を形成する。

ここでは、基板１００として、ガラス基板を用い、絶縁膜１０１としては、厚さ４０〜６０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜及び厚さ８０〜１２０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜をそれぞれプラズマＣＶＤ法により形成する。また、半導体膜１０２としてプラズマＣＶＤ法により厚さ２０〜８０ｎｍの非晶質半導体膜を形成し、キャップ膜１０３としては、プラズマＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、かつ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を形成する。

次に、基板１００を加熱する。ここでは、基板１００上に形成された非晶質半導体膜の水素を除去するための加熱を行う。ここでは、基板１００を５００℃で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱する。

次に、図９（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３にレーザビーム１０５を照射したのち、キャップ膜１０３を除去する。このときのレーザビーム１０５は、半導体膜１０２を溶融することが可能なエネルギーを選択する。また、半導体膜１０２が吸収することが可能なレーザビーム１０５の波長を選択する。この結果、絶縁膜１０１上に結晶性半導体膜１０６を形成することができる。ここでは、レーザビーム１０５としてＮｄ：ＹＶＯ_４の第２高調波を用い、その後、キャップ膜１０３を除去する。キャップ膜１０３の除去方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング、研磨等の各種除去方法を用いることができるが、ここでは、ドライエッチング法によりキャップ膜１０３を除去する。

次に、図９（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜１０６を選択的にエッチングして半導体膜２０１〜２０３を形成する。ここでは、結晶性半導体膜１０６のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等を用いることができる。ここでは、結晶性半導体膜１０６上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。次に、レジストマスクを用いてＳＦ_６：Ｏ_２の流量比を４：１５としたドライエッチング法により、結晶性半導体膜１０６を選択的にエッチングする。この後、レジストマスクを除去する。

次に、図９（Ｄ）に示すように、半導体膜２０１〜２０３上にゲート絶縁膜２０４を形成する。ゲート絶縁膜は、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等の単層又は積層構造で形成する。ここでは、厚さ１１５ｎｍの窒素を含む酸化珪素をプラズマＣＶＤ法により形成する。

次にゲート電極２０５〜２０８を形成する。ゲート電極２０５〜２０８は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。金属を用いる場合は、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、アルミニウムなどを用いることができる。また、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第１の層と当該金属から成る第２の層とを積層させた構造としても良い。また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成して形成することができる。また、ゲート絶縁膜上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成して形成することができる。微粒子の代表例としては、金、銀、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金のいずれかを主成分とする微粒子でもよい。ここでは、ゲート絶縁膜２０４上に、膜厚３０ｎｍｍの窒化タンタル膜及び、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化タンタル膜、及びタングステン膜を選択的にエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した形状のゲート電極２０５〜２０８を形成する。

次に、ゲート電極２０５〜２０８をマスクとして、半導体膜２０１〜２０３にそれぞれｎ型を付与する不純物元素及びｐ型を付与する不純物元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域２０９〜２１４及び高濃度不純物領域２１５を形成する。また、ゲート電極２０５〜２０８の一部に重複する低濃度不純物領域２１６〜２２３を形成する。さらに、ゲート電極２０５〜２０８と重複するチャネル領域２０１ｃ〜２０３ｃ、２０３ｄを形成する。ここでは、ソース領域及びドレイン領域２０９、２１０、２１３〜２１４、高濃度不純物領域２１５、及び低濃度不純物領域２１６、２１７、２２０〜２２３に、ｐ型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。また、ソース領域及びドレイン領域２１１、２１２、及び低濃度不純物領域２１８、２１９に、ｎ型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。

この後、半導体膜に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行う。ここでは、窒素雰囲気で５５０度４時間の加熱を行う。以上の工程により、薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。なお、薄膜トランジスタ２２５、２２７としてはｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタ２２６としてはｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５及びｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６により駆動回路を構成する。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２７は、画素の電極に電圧を印加する素子として機能する。

次に、図１０（Ａ）に示すように、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜を形成する。ここでは、第１の層間絶縁膜として酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。また、第１の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７のソース領域及びドレイン領域に接続する配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。ここでは、スパッタリング法により、Ｔｉ膜１００ｎｍ、Ａｌ膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１００ｎｍを連続した後、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。その後、レジストマスクを除去する。

次いで、第１の層間絶縁膜、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０上に、第２の層間絶縁膜２４１を形成する。第２の層間絶縁膜２４１としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いることができ、これらの絶縁膜を単層又は２以上の複数層で形成すればよい。また、無機絶縁膜を形成する方法としてはスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いればよい。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて酸素を含む窒化珪素膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９、及び接続端子２４０に達するコンタクトホールを形成するとともに、第２の層間絶縁膜２４１を形成する。その後、レジストマスクを除去する。

本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜２４１を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。

次に、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９に接続する第１の画素電極２４２、及び接続端子２４０と接続する導電膜２４４を形成する。液晶表示装置が透光型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を透光性を有する導電膜で形成する。また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を反射性を有する導電膜で形成する。ここでは、第１の画素電極２４２及び導電膜２４４は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。

次に、配向膜として機能する絶縁膜２４３を形成する。絶縁膜２４３は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜を印刷法、ロールコート法、印刷法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。また、ＳｉＯを基板に対して斜めから蒸着して形成することができる。また、光反応型の高分子化合物に偏光したＵＶ光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させて形成することができる。ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜を印刷法により印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、対向基板２５１に第２の画素電極２５３を形成し、第２の画素電極上に配向膜として機能する絶縁膜２５４を形成する。なお、対向基板２５１及び画素電極２５３の間に着色膜２５２を設けても良い。

対向基板２５１としては、基板１００と同様のものを適宜選択することができる。また、第２の画素電極２５３は第１の画素電極２４２と同様に形成することができる。また、配向膜として機能する絶縁膜２５４は、絶縁膜２４３と同様に形成することができる。着色膜２５２としては、カラー表示を行う場合に必要な膜であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色膜を各画素に対応して形成する。

次に、基板１００及び対向基板２５１をシール材２５７で貼り合わせる。また、基板１００及び対向基板２５１の間に液晶層２５５を形成する。また、液晶層２５５は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４、及びシール材２５７で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。また、対向基板２５１の一方にシール材１５７を形成し、シール材に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、対向基板２５１及び基板１００を減圧下においてシール材で圧着することで液晶層２５５を形成することができる。

シール材２５７としては、熱硬化型のエポキシ樹脂、ＵＶ硬化型のアクリル樹脂、熱可塑方のナイロン、ポリエステル等を、ディスペンサ法、印刷法、熱圧着法等を用いて形成することができる。なお、シール材２５７にフィラーを散布することにより、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つことができる。ここでは、シール材２５７として熱硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成する。

また、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４の間にスペーサ２５６を設けてもよい。スペーサとしては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。また、スペーサとしてビーズスペーサを用いてもよい。ここでは、スペーサ２５６としてビーズスペーサを用いる。

また、図示しないが、基板１００、対向基板２５１の一方又は両方に偏光板を設ける。

次に、図１０（Ｃ）に示すように、端子部２６３においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子（図１０（Ｃ）においては、ソース配線またはドレイン配線に接続される接続端子２４０を示す。）が形成されている。接続端子２４０に、導電膜２４４及び異方性導電膜２６１を介して入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリント配線）２６２を接続する。接続端子２４０は導電膜２４４及び異方性導電膜２６１を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。

駆動回路部２６４においては、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成される。ここでは、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５が配置されている。なお、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６及びｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５によりＣＭＯＳ回路が形成されている。

画素部２６５には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子２５８が形成されている。液晶素子２５８は、第１の画素電極２４２、第２の画素電極２５３及びその間に充填されている液晶層２５５が重なっている部分である。液晶素子２５８が有する第１の画素電極２４２は、薄膜トランジスタ２２７と電気的に接続されている。

以上の工程により液晶表示装置を作製することができ、本実施の形態で示す液晶表示装置は、駆動回路部２６４や画素部２６５に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、結晶粒の幅を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下とし、さらには結晶の面方位が一定方向に揃えることができる。このため、複数の薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能であり、その結果、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な液晶表示装置を作製することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。

図１１（Ａ）に示すように、実施の形態２と同様の工程により、基板１００上に絶縁膜１０１を介して薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。また、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜として、酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。また、第１の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７の半導体膜に接続する配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４を形成する。

次に、第１の層間絶縁膜、配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４上に、第２の層間絶縁膜３１５を形成する。次に、薄膜トランジスタ２２７の配線３１３に接続する第１の電極３１６、及び接続端子３１４と接続する導電膜３２０を形成する。第１の電極３１６及び導電膜３２０は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。

本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜３１５を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。

次に、第１の電極３１６の端部を覆う有機絶縁物膜３１７を形成する。ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って駆動回路、画素領域の第１の電極３１６、及び画素領域の周辺部における第２の層間絶縁膜３１５が露出されるように有機絶縁物膜３１７を形成する。

次に、第１の電極３１６及び有機絶縁物膜３１７の一部上に蒸着法により発光物質を含む層３１８を形成する。発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物、または発光性を有する無機化合物で形成する。また、発光物質を含む層３１８を、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。また、発光物質を含む層３１８を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。

ここでは、赤色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）_２（ａｃａｃ））が添加されたＮＰＢを３０ｎｍ、Ａｌｑ_３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。

また、緑色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、クマリン５４５Ｔ（Ｃ５４５Ｔ）が添加されたＡｌｑ_３を４０ｎｍ、Ａｌｑ_３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。

また、青色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）が添加された、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）を３０ｎｍ、Ａｌｑ_３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。

さらには、赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の発光物質を用いて発光物質を含む層を形成することで、白色の発光性の画素を形成してもよい。白色の発光性の画素を設けることにより、消費電力を削減することが可能である。

次に、発光物質を含む層３１８、有機絶縁物膜３１７上に第２の電極３１９を形成する。ここでは、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。この結果第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、及び第２の電極３１９により発光素子３２１を構成する。

ここで、発光素子３２１の構造について説明する。

発光物質を含む層３１８に、有機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４３と示す。）を形成することで、発光素子３２１は有機ＥＬ素子として機能する。

発光性の有機化合物としては、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５、クマリン５４５Ｔ、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、５，１２−ジフェニルテトラセン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−６−メチル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）等が挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’］（ピコリナト）イリジウム（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス｛２−［３’，５’−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’｝（ピコリナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（ＣＦ_３ｐｐｙ）_２（ｐｉｃ））、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ^２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）_２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）_２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ^２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｑ）_２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ^３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）_２（ａｃａｃ））などの燐光を放出できる化合物用いることもできる。

また、図１２（Ａ）に示すように、第１の電極３１６上に正孔注入材料で形成される正孔注入層３４１、正孔輸送性材料で形成される正孔輸送層３４２、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３、電子輸送性材料で形成される電子輸送層３４４、電子注入性材料で形成される電子注入層３４５により形成された発光材料を含む層３１８、及び第２の電極３１９で発光素子３２１を形成してもよい。

正孔輸送性材料は、フタロシアニン（略称：Ｈ_２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）の他、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−ジ（ｍ−トリル）アミノ］フェニル−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡなどに代表される芳香族アミン化合物は、正孔を発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。ここに述べた物質は、主に１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。

正孔注入性材料は、上記正孔輸送性材料の他、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）やポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。また、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニッケルなどの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウムなどの無機絶縁体の超薄膜も有効である。

ここで、電子輸送性材料は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ_３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ_２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。

電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、フッ化カルシウムのようなアルカリ土類金属ハロゲン化物、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。

また、図１２（Ｂ）に示すように、第１の電極３１６と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６と、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７により形成された発光材料を含む層３１８、並びに第２の電極３１９で発光素子３２１を形成してもよい。

発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６は、有機化合物として、上記した正孔輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物から電子を受け取りやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物が電子受容性を示しやすく好適である。具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。また、上述した金属酸化物の中でも、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、好ましい一群である。特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。

発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７は、有機化合物として上記した電子輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物に電子を与えやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物が電子供与性を示しやすく好適である。具体的には、酸化リチウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化エルビウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどが挙げられる。特に酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。

発光性の有機化合物及び無機化合物で形成される電子輸送層３４７又は正孔輸送層３４６は、電子注入・輸送特性が優れているため、第１の電極３１６、第２の電極３１９共に、ほとんど仕事関数の制限を受けることなく、種々の材料を用いることができる。また駆動電圧を低減することが可能である。

また、発光物質を含む層３１８として、無機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４９という。）を有することで、発光素子３２１は無機ＥＬ素子として機能する。無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光物質を含む層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光物質を含む層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。分散型無機ＥＬではドナー−アクセプター再結合型発光、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。以下に、無機ＥＬ素子の構造について示す。

本実施の形態で用いることのできる発光材料は、母体材料と発光中心となる不純物元素とで構成される。含有させる不純物元素を変化させることで、様々な色の発光を得ることができる。発光材料の作製方法としては、固相法や液相法（共沈法）などの様々な方法を用いることができる。また、噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、逆ミセル法やこれらの方法と高温焼成を組み合わせた方法、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。

固相法は、母体材料と、不純物元素又その化合物を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い反応させ、母体材料に不純物を含有させる方法である。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。

液相法（共沈法）は、母体材料又はその化合物と、不純物元素又はその化合物を溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法である。発光材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さく低い焼成温度でも反応が進むことができる。

無機ＥＬ素子の発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化イットリウム等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウム等の３元系の混晶であってもよい。

局在型発光の発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などを用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。

一方、ドナー−アクセプター再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第１の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。第２の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を用いることができる。

ドナー−アクセプター再結合型発光の発光材料を固相法を用いて合成する場合、母体材料と、第１の不純物元素又はその化合物と、第２の不純物元素又はその化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。その際の焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。母体材料としては、上述した母体材料を用いることができ、第１の不純物元素又はその化合物としては、例えば、フッ素、塩素、硫化アルミニウム等を用いることができる。また、第２の不純物元素又はその化合物としては、例えば、銅、銀、硫化銅、硫化銀等を用いることができる。

また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、塩化銅、塩化銀等を用いることができる。

なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ａｔｏｍｉｃ％であればよく、好ましくは０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％の範囲であればよい。

図１２（Ｃ）は、発光物質を含む層３１８が第１の絶縁層、発光層３４９、及び第２の絶縁層３５０で構成される無機ＥＬ素子の断面を示す。

薄膜型無機ＥＬの場合、発光層３４９は、上記発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いて形成することができる。

第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、特に限定されることはないが、絶縁耐性が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、酸化ジルコニウム等やこれらの混合膜又は２種以上の積層を用いることができる。第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。なお、本実施の形態の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。好ましくは、５００ｎｍ以下の膜厚、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。

なお、図示しないが、発光層３４９と絶縁層３４８、３５０、又は発光層３４９と電極３１６、３１９の間にバッファー層を設けても良い。このバッファー層はキャリアの注入を容易にし、かつ両層の混合を抑制する役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料である硫化亜鉛、硫化セレン、硫化カドミウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、硫化銅、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、またはフッ化マグネシウム等を用いることができる。

また、図１２（Ｄ）に示すように、発光物質を含む層３１８が発光層３４９及び第１の絶縁層３４８で構成されてもよい。この場合、図１２（Ｄ）においては、第１の絶縁層３４８は第２の電極３１９及び発光層３４９の間に設けられている形態を示す。なお、第１の絶縁層３４８は第１の電極３１６及び発光層３４９の間に設けられていてもよい。

さらには、発光物質を含む層３１８が、発光層３４９のみで構成されてもよい。即ち、第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、第２の電極３１９で発光素子３２１を構成してもよい。

分散型無機ＥＬの場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の発光物質を含む層を形成する。発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。バインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光物質を含む層としての形状に保持するための物質である。発光材料は、バインダによって発光物質を含む層中に均一に分散し固定される。

分散型無機ＥＬの場合、発光物質を含む層の形成方法は、選択的に発光物質を含む層を形成できる液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。また、発光材料及びバインダを含む発光物質を含む層において、発光材料の割合は５０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とするよい。

図１２（Ｅ）における素子は、第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、第２の電極３１９を有し、発光物質を含む層３１８が、発光材料３５２がバインダ３５１に分散された発光層及び絶縁層３４８で構成される。なお、絶縁層３４８は、図１２（Ｅ）においては、第２の電極３１９に接する構造となっているが、第１の電極３１６に接する構造でもよい。また、素子は、第１の電極３１６及び第２の電極３１９それぞれに接する絶縁層を有してもよい。さらには、素子は、第１の電極３１６及び第２の電極３１９に接する絶縁層を有さなくてもよい。

本実施の形態に用いることのできるバインダとしては、有機材料や無機材料の絶縁材料を用いることができる。また、有機材料及び無機材料の混合材料を用いてもよい。有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂（ポリベンゾオキサゾール）等の樹脂材料を用いてもよい。また光硬化型などを用いることができる。これらの樹脂に、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどの高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。

また、バインダに用いる無機材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム、酸素及び窒素を含むアルミニウムまたは酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸バリウム、タンタル酸リチウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛その他の無機性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。有機材料に、誘電率の高い無機材料を含ませる（添加等によって）ことによって、発光材料及びバインダよりなる発光物質を含む層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。

作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、発光層を形成する方法（各種ウエットプロセス）及び所望の膜厚に適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。有機溶媒等を用いることができ、例えばバインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡともいう）、３−メトシキ−３メチル−１−ブタノール（ＭＭＢともいう）などを用いることができる。

無機ＥＬ発光素子は、発光物質を含む層を挟持する一対の電極間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、第２の電極３１９上に保護膜３２２を形成する。保護膜は、発光素子３２１に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものである。保護膜３２２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、酸素を含む窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。

さらにシール材３２３で封止基板３２４を基板１００上に形成される第２の層間絶縁膜３１５と貼り合わせることにより、基板１００、封止基板３２４、およびシール材３２３で囲まれた空間３２５に発光素子３２１が備えられた構造になっている。なお、空間３２５には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材３２３で充填される場合もある。

なお、シール材３２３にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板３２４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。

次に、図１１（Ｃ）に示すように、上記実施の形態と同様に異方性導電膜３２６を用いてＦＰＣ３２７を接続端子３１４に接する導電膜３２０と貼りつける。

以上の工程により、アクティブマトリクス型発光素子を有する半導体装置を形成することが出来る。

ここで本実施の形態において、フルカラー表示する場合の画素における等価回路図を図１３に示す。図１３において、破線で囲まれる薄膜トランジスタ３３２が発光素子を駆動する薄膜トランジスタに対応している。薄膜トランジスタ３３１は薄膜トランジスタ３３２のオン・オフを制御する。なお、発光素子としては、発光物質を含む層を発光性の有機化合物を含む層で形成した有機ＥＬ素子（以下、ＯＬＥＤと示す。）を用いた形態を説明する。

赤色を表示する画素は、薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に赤色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｒが接続され、ソース領域には赤色アノード側電源線３３７Ｒが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、赤色アノード側電源線３３７Ｒに接続された容量素子３３８と接続している。

また、緑色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタのドレイン領域に緑色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｇが接続され、ソース領域には緑色アノード側電源線３３７Ｇが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用のＴＦＴのドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、緑色アノード側電源線３３７Ｇに接続された容量素子３３８と接続している。

また、青色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタのドレイン領域に青色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｂが接続され、ソース領域には青色アノード側電源線３３７Ｂが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、青色アノード側電源線３３７Ｂに接続された容量素子３３８と接続している。

それぞれ色の異なる画素には発光物質を含む層の材料に応じて異なる電圧をそれぞれ印加する。

なお、ここでは、ソース配線３３５とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成しているが、これに限られず、ゲート配線３３６とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成してもよい。更には、駆動用の薄膜トランジスタ３３２をマルチゲート電極構造としてもよい。

また、発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよい。代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。また、発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。

さらに、ビデオ信号がデジタルの発光装置において、画素に入力されるビデオ信号が定電圧（ＣＶ）のものと、定電流（ＣＣ）のものとがある。ビデオ信号が定電圧のもの（ＣＶ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＶＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＶＣＣ）とがある。また、ビデオ信号が定電流のもの（ＣＣ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＣＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＣＣＣ）とがある。

また、発光装置において、静電破壊防止のための保護回路（保護ダイオードなど）を設けてもよい。

以上の工程によりアクティブマトリクス型発光素子を有する発光装置を作製することが出来る。本実施の形態で示す発光装置は、駆動回路や画素部に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、結晶粒の幅を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下とし、結晶方位が一定方向に揃えることができる。このため、発光素子を駆動する薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。この結果、発光素子の輝度のばらつきを低減することが可能であり、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な発光装置を作製することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製工程を図１４〜１７を用いて説明する。また半導体装置の構成について図１８を用いて説明する。また、本実施の形態で示す半導体装置の用途を図１９を用いて説明する。

図１４（Ａ）に示すように、基板４０１上に剥離膜４０２を形成する。次に、実施の形態１及び２と同様に剥離膜上に絶縁膜４０３を形成し、絶縁膜４０３上に薄膜トランジスタ４０４を形成する。次に、薄膜トランジスタ４０４を構成する導電膜を絶縁する層間絶縁膜４０５を形成し、薄膜トランジスタ４０４の半導体膜に接続するソース電極及びドレイン電極４０６を形成する。次に、薄膜トランジスタ４０４、層間絶縁膜４０５、ソース電極及びドレイン電極４０６を覆う絶縁膜４０７を形成し、絶縁膜４０７を介してソース電極またはドレイン電極４０６に接続する導電膜４０８を形成する。

基板４０１としては、基板１００と同様のものを用いることができる。また、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板、セラミック基板等を用いることができる。ここでは、基板４０１としてガラス基板を用いる。

剥離膜４０２は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。なお、剥離膜４０２である珪素を含む剥離膜の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。

剥離膜４０２が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。又は、タングステンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。

剥離膜４０２が積層構造の場合、好ましくは、１層目としてタングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層、窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、又は窒化酸化物を含む層を形成する。

剥離膜４０２として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層を形成することで、タングステン層と絶縁層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、Ｎ_２Ｏプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。これは、タングステンの窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、または窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。

タングステンの酸化物は、ＷＯｘで表される。Ｘは、２≦ｘ≦３の範囲内にあり、ｘが２の場合（ＷＯ_２）、ｘが２．５の場合（Ｗ_２Ｏ_５）、ｘが２．７５の場合（Ｗ_４Ｏ_１１）、ｘが３の場合（ＷＯ_３）などがある。

ここでは、スパッタリング法により厚さ２０〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜８０ｎｍのタングステン膜を形成する。

なお、上記の工程によると、基板４０１に接するように剥離膜４０２を形成しているが、本発明はこの工程に制約されない。基板４０１に接するように下地となる絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接するように剥離膜４０２を設けてもよい。

絶縁膜４０３は、絶縁膜１０１と同様に形成することができる。ここでは、一酸化二窒素ガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜４０２表面に酸化タングステン膜を形成した後、プラズマＣＶＤ法により、窒素を含む酸化珪素膜を形成する。

薄膜トランジスタ４０４は、実施の形態２に示す薄膜トランジスタ２２５〜２２７と同様に形成することができる。ソース電極及びドレイン電極４０６は、実施の形態２に示す配線２３４〜２３９と同様に形成することができる。

層間絶縁膜４０５及び絶縁膜４０７は、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができる。また、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素がある。

次に、図１４（Ｂ）に示すように、導電膜４０８上に導電膜４１１を形成する。ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、２００℃で３０分加熱して組成物を焼成して導電膜４１１を形成する。

次に、図１４（Ｃ）に示すように、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を形成する。ここでは、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を、エポキシ樹脂を用いて形成する。エポキシ樹脂の組成物をスピンコート法により塗布し、１６０℃で３０分加熱した後、導電膜４１１を覆う部分の絶縁膜を除去して、導電膜４１１を露出すると共に、厚さ１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの絶縁膜４１２を形成する。ここでは、絶縁膜４０３から絶縁膜４１２までの積層体を素子形成層４１０とする。

次に、図１４（Ｄ）に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザビーム４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射して、図１４（Ｅ）に示すような開口部４１４を形成する。次に、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせる。開口部４１４を形成するために照射するレーザビームとしては、絶縁膜４０３、４０５、４０７、または絶縁膜４１２が吸収する波長を有するレーザビームが好ましい。代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザビームを適宜選択して照射する。

このようなレーザビームを発振することが可能なレーザ発振器としては、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等のエキシマレーザ発振器、実施の形態１で示すレーザ発振器１１ａ、１１ｂと同様のものを適宜用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波〜第５高調波を適宜適用するのが好ましい。この結果、絶縁膜４０３、４０５、４０７、４１２がレーザビームを吸収し溶融して開口部が形成される。

レーザ照射の結果、絶縁膜４０３、４０５、４０７、４１２がレーザビーム４１３を吸収し溶融して開口部が形成される。なお、レーザビーム４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射する工程を削除することで、スループットを向上させることが可能である。

次に、図１５（Ａ）に示すように、剥離膜４０２及び絶縁膜４０３の界面に形成される金属酸化物膜において、剥離膜を有する基板４０１及び素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する。物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー（機械的エネルギー）を変化させる手段を指している。物理的手段は、代表的には機械的な力を加えること（例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを回転させながら分離する処理）である。

本実施の形態においては、剥離膜と絶縁膜の間に金属酸化膜を形成し、当該金属酸化膜において物理的手段により、素子形成層４１０を剥離する方法を用いたがこれに限られない。基板に透光性を有する基板を用い、剥離膜に水素を含む非晶質珪素層を用い、図１４（Ｅ）の工程の後、基板側からのレーザビームを照射して非晶質珪素膜に含まれる水素を気化させて、基板と剥離膜との間で剥離する方法を用いることができる。

また、図１４（Ｅ）の工程の後、基板を機械的に研磨し除去する方法や、基板をＨＦ等の基板を溶解する溶液を用いて基板を除去する方法を用いることができる。この場合、剥離膜を用いなくともよい。

また、図１４（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ_３、ＢｒＦ_３、ＣｌＦ_３等のフッ化ガスを導入し、剥離膜をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層４１０を剥離する方法を用いることができる。

また、図１４（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ_３、ＢｒＦ_３、ＣｌＦ_３等のフッ化ガスを導入し、剥離膜の一部をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層４１０を物理的手段により剥離する方法を用いることができる。

次に、図１５（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１の絶縁膜４０３に、可撓性基板４２２を貼り付ける。次に、粘着部材４１５を素子形成層の一部４２１から剥す。ここでは、可撓性基板４２２として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用いる。

次に、図１５（Ｃ）に示すように、可撓性基板４２２をダイシングフレーム４３２のＵＶシート４３１に貼り付ける。ＵＶシート４３１は粘着性を有するため、ＵＶシート４３１上に可撓性基板４２２が固定される。この後、導電膜４１１にレーザビームを照射して、導電膜４１１と導電膜４０８の間の密着性を高めてもよい。

次に、図１５（Ｄ）に示すように、導電膜４１１上に接続端子４３３を形成する。接続端子４３３を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び接着を容易に行うことが可能である。

次に、図１６（Ａ）に示すように、素子形成層の一部４２１を分断する。ここでは、素子形成層の一部４２１及び可撓性基板４２２にレーザビーム４３４を照射して、図１６（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１を複数に分断する。レーザビーム４３４は、レーザビーム４１３に例示のレーザビームを適宜選択して適用することができる。ここでは、絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２、並びに可撓性基板４２２が吸収可能なレーザビームを選択することが好ましい。なお、ここでは、レーザカット法を用いて素子形成層の一部を複数に分断したが、この方法の代わりにダイシング法、スクライビング法等を適宜用いることができる。この結果、分断された素子形成層を薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂと示す。

次に、図１６（Ｃ）に示すように、ダイシングフレーム４３２のＵＶシートにＵＶ光を照射して、ＵＶシート４３１の粘着力を低下させた後、ＵＶシート４３１をエキスパンダ枠４４４で支持する。このとき、ＵＶシート４３１を伸ばしながらエキスパンダ枠４４４で支持することで、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの間に形成された溝４４１の幅を拡大することができる。なお、拡大された溝４４６は、後に薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせることが好ましい。

次に、図１７（Ａ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせる。なお、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６には、導電膜４５２ａ、４５２ｂの一部が露出するように、開口部が設けられている。このため、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの接続端子とが、異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂに含まれる導電性粒子４５４ａ、４５４ｂとで接続されるように、位置合わせしながら貼りあわせる。

ここでは、アンテナとして機能する導電膜４５２ａと薄膜集積回路４４２ａとが、異方性導電接着剤４５５ａ中の導電性粒子４５４ａによって接続され、アンテナとして機能する導電膜４５２ｂと薄膜集積回路４４２ｂとが、異方性導電接着剤４５５ｂ中の導電性粒子４５４ｂによって接続される。

次に、図１７（Ｂ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５４ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６を分断する。ここでは、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６にレーザビーム４６１を照射するレーザカット法により分断を行う。

以上の工程により、図１７（Ｃ）に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置４６２ａ、４６２ｂを作製することができる。

なお、図１７（Ａ）において、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせた後、可撓性基板４５６と薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを封止するように可撓性基板４６３を設け、図１７（Ｂ）のように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、レーザビーム４６１照射して、図１７（Ｄ）に示すような半導体装置４６４を作製してもよい。この場合、分断された可撓性基板４５６、４６３によって、薄膜集積回路が封止されるため、薄膜集積回路の劣化を抑制することが可能である。

以上の工程により、薄型で軽量な半導体装置を歩留まり高く作製することが可能である。また、半導体装置の薄膜トランジスタの半導体層の結晶粒の幅を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下とし、さらには結晶方位を一定方向にそろえることが可能であるため、薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。このため、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。

次に上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成について、図１８を参照して説明する。

本実施の形態の半導体装置は、大別して、アンテナ部２００１、電源部２００２、ロジック部２００３から構成される。

アンテナ部２００１は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ２０１１からなる。また、半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。

電源部２００２は、アンテナ２０１１を介して外部から受信した信号により電源を作る整流回路２０２１と、作りだした電源を保持するための保持容量２０２２と、各回路に供給する一定電圧を作り出す定電圧回路２０２３からなる。

ロジック部２００３は、受信した信号を復調する復調回路２０３１と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路２０３２と、コード認識及び判定回路２０３３と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ２０３４と、符号化した信号を送信する為に変調する変調回路２０３５と、読み出したデータを符号化する符号化回路２０３７と、データを保持するマスクＲＯＭ２０３８とを有する。なお、変調回路２０３５は変調用抵抗２０３６を有する。

コード認識及び判定回路２０３３が認識・判定するコードは、フレーム終了信号（ＥＯＦ、ｅｎｄ ｏｆ ｆｒａｍｅ）、フレーム開始信号（ＳＯＦ、ｓｔａｒｔ ｏｆ ｆｒａｍｅ）、フラグ、コマンドコード、マスク長（ｍａｓｋ ｌｅｎｇｔｈ）、マスク値（ｍａｓｋ ｖａｌｕｅ）等である。また、コード認識及び判定回路２０３３は、送信エラーを識別する巡回冗長検査（ＣＲＣ、ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）機能も含む。

次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図１９を用いて示す。上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１９（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図１９（Ｃ）参照）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等、図１９（Ｂ）参照）、乗物類（自転車等、図１９（Ｄ）参照）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札（図１９（Ｅ）、図１９（Ｆ）参照）等の物品に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ）及び携帯電話等を指す。

本実施の形態の半導体装置９２１０は、プリント基板への実装、表面への貼着、埋め込み等により、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。本実施の形態の半導体装置９２１０は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本実施の形態の半導体装置９２１０を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。

（実施の形態５）
上記実施の形態に示される半導体装置を有する電子機器として、テレビジョン装置（単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、携帯電話装置（単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ）、ＰＤＡ等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。その具体例について、図２０を参照して説明する。

図２０（Ａ）に示す携帯情報端末は、本体９２０１、表示部９２０２等を含んでいる。表示部９２０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を安価に提供することができる。

図２０（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９７０１、表示部９７０２等を含んでいる。表示部９７０１に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを安価に提供することができる。

図２０（Ｃ）に示す携帯端末は、本体９１０１、表示部９１０２等を含んでいる。表示部９１０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、信頼性の高い携帯端末を安価に提供することができる。

図２０（Ｄ）に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体９３０１、表示部９３０２等を含んでいる。表示部９３０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を安価に提供することができる。このようなテレビジョン装置は携帯電話などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの（例えば４０インチ以上）まで、幅広く適用することができる。

図２０（Ｅ）に示す携帯型のコンピュータは、本体９４０１、表示部９４０２等を含んでいる。表示部９４０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを安価に提供することができる。

図２０（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、本体９５０１、表示部９５０２等を含んでいる。表示部９５０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を安価に提供することができる。

ここで、テレビジョン装置の構成について、図２１を用いて説明する。

図２１は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。チューナ９５１１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像検波回路９５１２と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路９５１３と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路９５１４により処理される。コントロール回路９５１４は、表示パネル９５１５の走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７にそれぞれ信号を出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路９５１８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７は画素部９５１９を駆動するための回路である。

チューナ９５１１で受信した信号のうち、音声信号は音声検波回路９５２１に送られ、その出力は音声信号処理回路９５２２を経てスピーカー９５２３に供給される。制御回路９５２４は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部９５２５から受け、チューナ９５１１や音声信号処理回路９５２２に信号を送出する。

このテレビジョン装置は、表示パネル９５１５を含んで構成されることにより、テレビジョン装置の低消費電力を図ることが可能である。また、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を作製することが可能である。

なお、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。

次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様として、携帯電話機を図２２を用いて説明する。携帯電話機は、筐体２７００、２７０６、表示パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有する（図２２参照）。表示パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２は表示パネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。

表示パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３が接続される。上記の表示パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納される。表示パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。

表示パネル２７０１は、画素部と一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路）を基板上にＴＦＴを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路）をＩＣチップ上に形成してもよい。そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）で表示パネル２７０１に実装してもよい。あるいは、そのＩＣチップをＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したＩＣチップをＣＯＧ等で実装した表示パネルの構成の一例を図２３（Ａ）に示す。なお、図２３（Ａ）の表示パネルは、基板３９００、信号線駆動回路３９０１、画素部３９０２、走査線駆動回路３９０３、走査線駆動回路３９０４、ＦＰＣ３９０５、ＩＣチップ３９０６、ＩＣチップ３９０７、封止基板３９０８、シール材３９０９を有する。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。

また、さらに消費電力の低減を図るため、図２３（Ｂ）に示すように基板上にＴＦＴを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をＩＣチップ上に形成し、そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）などで表示パネルに実装してもよい。なお、図２３（Ｂ）の表示パネルは、基板３９１０、信号線駆動回路３９１１、画素部３９１２、走査線駆動回路３９１３、走査線駆動回路３９１４、ＦＰＣ３９１５、ＩＣチップ３９１６、ＩＣチップ３９１７、封止基板３９１８、シール材３９１９を有する。

上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができる。また、コスト削減が可能であり、信頼性の高い半導体装置を有する電子機器を作製することができる。

以下において、本発明に関し実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもないことである。

実施例１の結晶性珪素膜の作製方法を図１を用いて説明する。

実施の形態１で、図１を用いて既に説明したように、基板１００上に、下地膜（絶縁膜）１０１、半導体膜１０２、キャップ膜１０３を形成した。図１（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３を介して半導体膜１０２にレーザビーム１０５を照射して、半導体膜１０２を結晶化させて、結晶性半導体膜１０６を形成した。

基板１００は、コーニングス社製の厚さ０．７ｍｍのガラス基板を使用した。絶縁膜１０１として、酸素を含む窒化珪素膜と、窒素を含む酸化珪素膜とを積層した膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。

その際の成膜条件は以下の通りである。
＜酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ ５０ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ_４（１０ｓｃｃｍ）
ＮＨ_３（１００ｓｃｃｍ）
Ｎ_２Ｏ （２０ｓｃｃｍ）
Ｈ_２（４００ｓｃｃｍ）
・基板温度 ３００℃
・圧力 ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ５０Ｗ
・電極間距離 ３０ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ^２

＜窒素を含む酸化珪素膜＞
・厚さ １００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ_４（４ｓｃｃｍ）
Ｎ_２Ｏ （８００ｓｃｃｍ）
・基板温度 ４００℃
・圧力 ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ５０Ｗ
・電極間距離 １５ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ^２

半導体膜１０２として、非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。
非晶質珪素膜の成膜条件は次の通りである。
＜非晶質珪素膜＞
・厚さ ６６ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ_４（２５ｓｃｃｍ）
Ｈ_２（１５０ｓｃｃｍ）
・基板温度 ２５０℃
・圧力 ６６．７Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ５０Ｗ
・電極間距離 ２５ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ^２

前記した成膜条件下で非晶質珪素膜を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱した。
この加熱処理は、非晶質珪素膜から水素を出すための処理であり、それを行うのはレーザビームを照射した際に、非晶質珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。したがって、非晶質珪素に含まれる水素が少なければ省略できる。

その加熱処理後、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。

その際の成膜の条件は次の通りである。
＜酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ ３００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ_４（１０ｓｃｃｍ）
ＮＨ_３（１００ｓｃｃｍ）
Ｎ_２Ｏ（２０ｓｃｃｍ）
Ｈ_２（４００ｓｃｃｍ）
・基板温度 ３００℃
・圧力 ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ５０Ｗ
・電極間距離 ３０ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ^２

得られた絶縁膜１０１、キャップ膜１０３の組成を表１に示す。表１にあげた膜の組成は、加熱処理や、レーザ照射する前の状態の値である。その組成比は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｏｒｙ）及び、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｔ）を用いて測定した。その測定感度は±２％程度である。

キャップ膜１０３を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱した。この加熱処理は、キャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、キャップ膜に含まれる水素が少なければ省略できる。

レーザ照射装置により、キャップ膜１０３を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。その際に使用したレーザ照射装置については、実施の形態１において既に説明しているところではあるが、その概要をここにおいても重ねて図７を用いて示す。

その図７に示すように、２つのレーザ発振器１１ａ、１１ｂを備えており、それぞれのレーザ発振器１１ａ、１１ｂから射出されたレーザビーム１２ａ、１２ｂを合成したレーザビーム１２を照射できるようになっている。

レーザ発振器１１ｂから射出されたレーザビーム１２ｂは、波長板１３を通り、偏光方向を変えるが、それは、偏光子１４によって互いに偏光方向が異なる２つのレーザビームを合成するためである。レーザビーム１２ｂは波長板１３を通った後、ミラー２１２で反射され、偏光子１４に入射し、偏光子１４でレーザビーム１２ａとレーザビーム１２ｂが合成され、その合成されたレーザビーム１２が適当なエネルギーとなるように波長板１３と偏光子１４を調整する。

その偏光子１４によって合成されたレーザビーム１２は、ミラー１５によって反射され、シリンドリカルレンズ１６及びシリンドリカルレンズ１７を通ることにより、断面が線状に成形される。シリンドリカルレンズ１６は、照射面で形成されるビームスポットの長さ方向に作用し、シリンドリカルレンズ１７は、その幅方向に作用する。

レーザ照射装置は、基板を固定する吸着ステージ１９を備えており、吸着ステージ１９は、Ｘ軸用の一軸ロボット２０とＹ軸用の一軸ロボット２１により、ＸＹ方向に移動することできる。上記のように、絶縁膜１０１、半導体膜１０２及びキャップ膜１０３を形成した基板を吸着ステージ１９に固定し、線状のレーザビームの長さ方向とＹ軸を一致させ、ビームスポットの幅方向、つまりＸ軸に沿って基板を移動しながら、レーザビームを照射した。

この実施例では、基板の移動速度を３５ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が１４Ｗであり、形状は、照射面において、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。

＜結晶性珪素膜の測定＞
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、ＥＢＳＰ測定を行った。ＥＢＳＰ測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜１０３をエッチングで除去している。ＥＢＳＰ測定は、結晶性珪素膜の表面に対して６０°の入射角で電子線を入射させ得られるＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。

測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．１μｍとし、図３に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。図３のベクトルａ〜ｃは、それぞれ観察面Ａ〜Ｃの法線ベクトルを表す。観察面Ａは、基板の表面に平行な面であり、結晶性珪素膜の上面に対応し、観察面Ｃは、法線ベクトルｃがレーザビームの走査方向と平行となる面であり、これら３つの観察面Ａ〜Ｃからの情報より、結晶膜の面方位を高精度に特定することができる。

結晶珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図４〜図６に示す。図４（ａ）〜（ｃ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における面方位分布を示す方位マップ像であり、各マップ図の一辺の長さが５０μｍである。図４（ｄ）は単結晶珪素の逆極点図であり、配色が方位を表している。

その図４は、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Ａでは＜００１＞方位に強く配向し、観察面Ｂでは＜３０１＞方位に強く配向し、観察面Ｃでは＜３０１＞方位に強く配向していることがわかった。さらに、図４（ａ）〜（ｃ）のパターンの形状、色から、実施例の結晶性珪素膜は、幅か０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下で長さ方向に長く伸びたドメインで構成されていることがわかった。図４（ａ）〜（ｃ）においては、ドメインの長さは５〜５０μｍであり、さらには５０μｍ以上の長さのドメインも見られた。

図５（ａ）〜（ｃ）は、観察面Ａ〜Ｃにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、図５（ｄ）は度数を示すスケールである。その図５も白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、図５（ａ）の逆極点図から、観察面Ａにおいて、全ての方位が等しい確率で現れる状態の１４．０倍以上の頻度で＜００１＞方位が出現することがわかった。また、図５（ｂ）に示す逆極点図から、観察面Ｂでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。さらに、図５（ｃ）に示す逆極点図から、観察面Ｃでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。

図５（ａ）〜（ｃ）の逆極点図において出現頻度が高い方位について、配向率を求め、配向率の計算結果を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図６（ａ）は、図５（ａ）を基に測定面Ａにおける配向率を求めた結果である。図５（ａ）の逆極点図において、＜００１＞の角度揺らぎの範囲を±１０°以内と決めて、全ての測定点に対する＜００１＞の角度揺らぎが±１０°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより、配向率を求めた。

全測定点のうち特定の配向を持つ点の比率を求めた値がＰａｒｔｉｔｉｏｎ Ｆｒａｃｔｉｏｎの値であり、この特定の配向を持つ点のうち、全測定点に対して配向付けの信頼性が高い測定点の配向比率を求めた値がＴｏｔａｌ Ｆｒａｃｔｉｏｎの値である。この結果から、本発明の観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が７１．２％を占めることがわかった。

同様に、図６（ｂ）、（ｃ）は、図５（ｂ）、（Ｃ）の逆極点図をもとに測定面Ｂ及びＣにおける＜３０１＞の配向率を求めた結果であり、＜３０１＞の角度揺らぎの範囲を±１０°に決め、配向率を求めている。観察面Ｂ、観察面Ｃでは、＜３０１＞方位が７１．１％、７３．９％を占めることがわかった。なお、観察面Ｂ及びＣにおいては、面方位＜３０１＞の割合を示したが、面方位＜３０１＞と近い面方位＜４０１＞や＜５０１＞、＜６０１＞の配向率としてもよい。

本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 半導体膜にレーザビームを照射した時の基板の上面図、レーザビームのエネルギー分布、及び結晶性半導体膜を用いて形成した半導体層を説明する斜視図である。 本発明の結晶性半導体膜の面方位を説明する斜視図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の逆極点図である。 逆極点図により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。 本発明に適用可能なレーザ照射装置の概要を示す図である。 従来のパルス発振のレーザビームを照射した時の半導体膜の温度、及び連続発振のレーザビームを照射したときの半導体膜の温度を説明する図である。 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明に適応可能な発光素子の構造を説明する断面図である。 本発明に適応可能な発光素子の等価回路を説明する図である。 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の構成を説明する図である。 本発明の半導体装置の用途を説明する図である。 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。 本発明の半導体装置を用いた電子機器の構成を説明する図である。 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する展開図である。 本発明の半導体装置を説明する上面図である。

Claims (6)

1. 基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に半導体膜を形成し、前記半導体膜上に、キャップ膜を形成する工程と、
   前記キャップ膜を透過する連続発振のレーザビームまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザビームが前記半導体膜に照射されるように走査して前記半導体膜を溶融させた後結晶化し、０．５μｍ以上１０μｍ以下の幅の結晶粒を有する結晶性半導体膜を形成する工程とを有し、
   前記レーザビームのエネルギー分布はガウス分布であり、前記半導体膜の一領域あたり前記レーザビームを５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下照射することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
2. 請求項１において、前記レーザビームのエネルギーの一部は、前記半導体膜を溶融させるエネルギー以上であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
3. 請求項１または２において、前記半導体膜の厚さは２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記キャップ膜は、膜厚が２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記半導体膜は、非晶質珪素膜であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項で形成される結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。

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