JP2008141046A - 半導体膜の結晶化方法、および半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが４０ｎｍ以下の半導体膜をレーザビームで完全溶融させて、大粒径結晶とする。
【解決手段】絶縁表面上に島状の半導体膜１２を形成する。半導体膜１２に隣接して、ミラーとして機能する構造体１３を形成する。構造体１３は金属膜で形成される。半導体膜の上方からレーザビーム１４を照射する。構造体１３で反射されたレーザビーム１４は、側面１２ａから半導体膜１２に入射する。スネルの法則に従って、入射したレーザビーム１４は、半導体膜１２と空気の界面、および半導体膜１２と絶縁膜１１との界面で全反射されながら、半導体膜１２中を伝搬する。その結果、半導体膜１２が完全溶融し、大粒径結晶が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザビームを半導体膜に照射することにより結晶構造を有する半導体膜を形成する技術およびこの技術を用いて形成した結晶構造を有する半導体膜を用いた薄膜トランジスタ等の半導体装置の作製に関する。

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いる。結晶性半導体膜を用いるのは、非晶質半導体膜と比較して高い電界効果移動度を有するためである。ガラス基板上の結晶性半導体膜は、例えば、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薄膜トランジスタ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。

結晶化方法には、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）、レーザアニール法（レーザ照射による結晶化法）等が挙げられるが、熱アニール法などのように固相成長法を用いる場合、６００℃以上の高温処理を行うため、その高熱に耐えうる高価な石英基板が必要になり、製造コストを上昇させる。一方、結晶化にレーザを用いた場合では、基板の温度をあまり上昇させることなく半導体膜のみに熱を吸収させて、結晶化することができるので、基板にガラスやプラスチックなどの融点が低い基板を使用できる。

レーザアニール法の一つに、パルスレーザであるエキシマレーザによる結晶化方法がある。エキシマレーザの波長は紫外域に属しており、珪素に対する吸収率が高い。そのため、エキシマレーザを用いると、レーザビームのほとんどを珪素に吸収させることができる。例えば、エキシマレーザアニールでは、エキシマレーザから射出される約１０ｍｍ×３０ｍｍの矩形状のビームスポットを、幅が数百μｍで長さが３００ｍｍ以上の線状のビームスポットに光学系によって加工する。線状に加工されたビームスポットを基板上の珪素膜に対して相対的に走査させながら照射することにより、珪素膜を結晶化させる。本明細書では、アスペクト比が高い（１０以上）の矩形状、または楕円状のことを線状と呼ぶ。

別のレーザアニール法に、連続発振レーザ（以下、「ＣＷレーザ」と記す。ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）レーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上と高いパルスレーザによる結晶化方法がある。これらのレーザを用いたレーザアニールでも、レーザから射出されたビームを線状のビームスポットにし、この線状ビームスポットを走査しながら珪素膜に照射して、珪素膜を結晶化させる。ＣＷレーザなどを用いることにより、珪素膜を完全溶融させて結晶化できるため、エキシマレーザアニールと比較して、粒径が非常に大きな結晶（以下、大粒径結晶と称する）領域を有する結晶性珪素膜を形成することができる（例えば、特許文献１を参照。）。これはエキシマレーザアニールが、珪素膜とその下地界面で生じた偶発的な核発生により結晶化するのに対して、ＣＷレーザなどのレーザアニールでは、線状のビームスポットの走査により、固液界面を走査することができるため、結晶をラテラル成長させることができるからである。

この大粒径結晶を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に使用すると、チャネル方向には結晶粒界がほとんど含まれないため、電子や正孔などのキャリアに対するエネルギー壁が低くなる。そのため、電界効果移動度が１００ｃｍ^２／Ｖｓ以上の薄膜トランジスタを作製することが可能となる。
特開２００５−１９１５４６号公報

薄膜トランジスタも、シリコンウエハに形成されたＭＯＳトランジスタ同様、微細化の要求がある。そのためには、薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる珪素膜を、４０ｎｍ以下に薄くする必要がある。しかしながら、レーザビームの照射により、４０ｎｍ以下の厚さの珪素膜に大粒径結晶を形成するのは非常に困難である。

レーザビームを照射することで結晶化された結晶性珪素膜の結晶構造は、レーザビームのエネルギーに依存する。レーザビームのエネルギーが増加すると、結晶構造は、微結晶、小粒径結晶、大粒径結晶と変化する。大粒径結晶を形成するには、非晶質珪素膜を完全に溶融するエネルギーが必要であることが分かっている。もちろん、レーザビームのエネルギーが大きすぎると、珪素膜が割れたり（スプリットしたり）、アブレーションしてしまう。

図１５に、波長５３２ｎｍの光に対する非晶質珪素膜の反射率、透過率および吸収率の膜厚依存性を示す。図１５のグラフの横軸は非晶質珪素膜の厚さであり、縦軸は、反射率などの割合を示す。図１５から明らかなように、非晶質珪素膜の厚さが５０ｎｍ以下になると、膜厚の減少に伴って吸収率が低下し、非晶質珪素膜で反射されるまたは透過される光量のほうが多くなる。厚さが２０ｎｍのときの吸収率は厚さが５０ｎｍのときの１／３程度であり、透過率は２倍以上である。

従って、５０ｎｍの厚さの非晶質珪素膜を結晶化するときと同様に、２０ｎｍの厚さの非晶質珪素膜から大粒径結晶を形成しようすると、レーザビームのエネルギーを非常に高くする必要がある。そのため高出力でレーザを発振させることとなり、レーザの媒質の寿命が短くなる。また、高いエネルギーを非晶質珪素膜に与えることになるため、レーザビームのエネルギーを最適化することが非常に難しくなり、アブレーションが発生しやすくなる。

本発明は、上記の問題点に鑑み、レーザビームを照射して、厚さが４０ｎｍ以下と極薄い半導体膜に大粒径結晶を形成する方法を提供するものである。

本発明は、レーザビームを半導体膜の上面だけでなく、側面から入射させることにより、半導体膜を溶融させるものである。そのため、半導体膜の上方から照射されるビームを側面に入射させるための反射面を有する構造体を形成する。

レーザビームを半導体膜の上方から照射し、構造体の反射面によりレーザビームを反射することで、レーザビームを側面から半導体膜に入射させる。反射面は、金属などレーザビームに対して反射率が高く（８０％以上）、透過率、吸収率が低い材料で構成すればよい。すなわち、構造体を反射ミラーとして機能させる。また、構造体を空気よりも屈折率が高く、レーザビームを透過する材料で構成することで、構造体でレーザビームを通過させつつ、反射面と空気との界面でレーザビームを全反射させることもできる。つまり、構造体をプリズムとして機能させる。

本発明は、半導体の代表例である珪素の屈折率が約４と非常に大きいことに着目してなされたものである。半導体膜の屈折率が、半導体膜が接している媒質（例えば、空気や絶縁表面など）の屈折率よりも大きい。そのため、スネルの法則に従って、半導体膜の側面から入射したレーザビームの殆どは半導体膜内で全反射を繰り返しながら、半導体膜中を伝搬する。その結果、レーザビームで半導体膜を完全に溶融させることができ、大粒径結晶を形成することができる。なお、完全に溶融している状態とは、半導体膜が上面から絶縁表面との界面まで溶融している状態、液体になっている状態をいう。

上述したように、大粒径結晶を形成するには、レーザビームの照射により半導体膜を完全に溶融させる。そのため、レーザには、連続発振レーザまたは疑似連続発振レーザを用いるとよい。パルス発振レーザでも発振周波数が１０ＭＨｚ以上であれば、連続発振レーザと同様に、レーザビームの照射によって半導体膜を完全溶融させることができる。

また、レーザビームの波長は、レーザビームの表皮深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）と結晶化する半導体膜の膜厚を考慮して決定する。半導体膜を完全溶融させ、大粒径結晶を得るためには、レーザビームの波長が４００ｎｍ〜５６５ｎｍの範囲で、連続発振レーザまたは疑似連続発振レーザを用いるのが好ましい。例えば、この波長域のレーザビームには、ＹＶＯ_４レーザの第２高調波（５３２ｎｍ）、ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）、ＹＬＦレーザの第２高調波（５２７ｎｍ）がある。なお、例示したＹＶＯ_４レーザなどは連続発振レーザにも、パルス発振レーザにも、疑似連続発振レーザにもなる。

レーザビームを照射する前の半導体膜の結晶構造は、非単結晶であればよい。例えば、非晶質、微結晶、多結晶構造である。半導体膜は、珪素またはゲルマニウムを主成分とする半導体膜である。例えば、珪素膜、ゲルマニウム膜、珪素とゲルマニウムの化合物膜である。また、半導体膜が、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）のようなｎ型の不純物、およびＢ（ボロン）のようなｐ型の不純物を含んでいてもよい。

半導体膜および構造体が形成される基板は、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイヤ基板、およびプラスチック基板などの絶縁材料でなる基板、ステンレス基板などの導電性基板、ならびに半導体基板などである。ステンレス基板などの導電性基板、および半導体基板を用いる場合は、その上面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に半導体膜を形成してもよい。また、ガラス基板やプラスチック基板など、半導体膜を汚染するような物質を含む基板を用いる場合も、絶縁膜で上面を覆い、半導体膜が汚染されないようにするのが好ましい。また、絶縁膜を厚く形成することで、基板に熱を伝わりにくくする効果がある。基板の上面に形成される絶縁膜には、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素などの単層膜または積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、ＣＶＤ法やスパッタ法で形成することができる。

本発明は、レーザビームを半導体膜の上面だけでなく、側面から入射させるため、膜厚が４０ｎｍ以下の半導体膜であっても完全に溶融させることが可能になる。その結果、４０ｎｍ以下の薄い半導体膜に大粒径結晶を形成することができる。また、完全溶融に必要なレーザビームのエネルギーは、上面からのみレーザビームを入射させて完全溶融させる場合よりも低くできるので、レーザへの負担が少なく、またレーザビームのエネルギーの最適化が容易になる。

本発明の結晶化方法で得られる大粒径結晶でチャネル形成領域を形成することで、電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを作製することができる。また、チャネル形成領域を４０ｎｍ以下と薄くすることができるため、薄膜トランジスタを低消費電力化することができる。このような薄膜トランジスタで集積回路を構成することで、低消費電力で、高性能、多機能の半導体装置を製造することができる。

以下に、図面を用いて、本発明を説明する。ただし、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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく、その形態およ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）
本実施の形態では、反射面を有する構造体によって、半導体膜の側面からレーザビームを入射させる方法を説明する。

図１および図２を用いて、半導体膜の結晶化方法を説明する。なお、図１は図２のｘ−ｘ’断面図である。基板１０上に、絶縁膜１１を形成する。絶縁膜１１の表面に半導体膜１２、半導体膜１２に隣接して、ミラーとして機能する構造体１３が形成されている。

半導体膜１２は、レーザビーム１４を入射させるための側面１２ａを有するように、絶縁膜１１上に選択的に形成する。別の言い方をすると、半導体膜１２は、絶縁膜１１または基板１０の表面に対して平行ではない平面（側面１２ａ）を有するように形成される。例えば、図２に示すように、半導体膜１２は絶縁膜１１上に帯状または島状に形成される。なお、半導体膜１２の側面１２ａは基板１０の表面に垂直でなくともよい。側面１２ａの傾斜角度を９０°未満にして、半導体膜１２にテーパー部を設けてもよい。

構造体１３はテーパー部１３ｂを有する。このテーパー部１３ｂの傾斜している側面が反射面１３ａである。反射面１３ａは半導体膜１２の側面１２ａと対向している。反射面１３ａでレーザビーム１４を反射させるため、構造体１３はレーザビームの波長に対する反射率の高い材料で構成される。例えば、アルミニウム、チタン、クロムなどの金属で形成される。または、酸化珪素、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜などの絶縁膜で構造体１３の本体を形成し、少なくとも反射面１３ａとなる部分の表面を、アルミニウム、チタン、クロムなどの金属のようにレーザビームの波長に対して反射率が高い材料で覆うことで、構造体１３を形成することもできる。

反射面１３ａの傾斜角度θ_１は４５°が理想的だが、４５°±３０°の範囲で、反射面１３ａと半導体膜１２の側面１２ａの距離に応じて決定される。レーザビーム１４を効率良く半導体膜１２の側面１２ａから入射させるため、構造体１３の厚さは半導体膜１２の厚さと同じかそれ以上とする。

また、反射面１３ａを平面ではなく、放物面にして、半導体膜１２の側面１２ａにレーザビーム１４が集光するようにしてもよい。

発振器から射出されたレーザビーム１４はスポット状であるため、シリンドリカルレンズなどを含む光学系により、被照面で線状になるように整形される。図２の矢印で示すように、線状のレーザビーム１４をその短尺方向に平行な方向に走査しながら、半導体膜１２および構造体１３の上方からレーザビーム１４を照射する。レーザビーム１４は構造体１３の反射面１３ａで反射され、側面１２ａから半導体膜１２に入射する。スネルの法則に従って、レーザビーム１４は、半導体膜１２と空気の界面および半導体膜１２と絶縁膜１１との界面で全反射されながら、半導体膜１２中を伝搬する。これは半導体膜１２の屈折率が空気および絶縁膜１１の屈折率よりも非常に大きいためである。半導体膜１２の代表例である珪素の屈折率は約４でありゲルマニウムは約３であり、空気の屈折率は約１であり、絶縁膜１１に用いられる酸化珪素膜の屈折率は約１．４である。

側面１２ａから半導体膜１２の内部に入射させることができれば、レーザビーム１４のほとんどが半導体膜１２の上面と空気との界面および半導体膜１２の下面との界面で全反射されるので、レーザビーム１４を半導体膜１２内部に閉じこめることができる。よって、レーザビーム１４を上方から照射しても、膜厚が４０ｎｍ以下の半導体膜１２を完全に溶融させて、半導体膜１２に大粒径結晶でなる結晶性半導体１５を形成することが可能になる。

半導体膜１２内部にレーザビーム１４を効率良く入射させるため、対向する一対の側面１２ａに対して、それぞれ、構造体１３を隣接して設けるのが好ましい。この場合、図２に示すように、レーザビーム１４の被照射領域中に、半導体膜１２と隣接する２つの構造体３１の反射面１３ａが含まれるように配置する。

半導体膜１２内部でのレーザビーム１４の減衰を考慮すると、１つの側面１２ａからレーザビーム１４を入射させた場合、半導体膜１２は側面１２ａから２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度まで完全に溶融される。図１に示すように、半導体膜１２を挟んで２つの構造体１３を設けた場合、対向する側面１２ａ間の距離ｄ（半導体膜１２の幅ｄ）の上限を５００ｎｍ程度とすることで、レーザビーム１４の被照射領域中の半導体膜１２全体を完全溶融させることができる。

また、図３に示すように半導体膜１２の表面を絶縁膜１６で覆った状態で、レーザビーム１４を照射することもできる。絶縁膜１６は、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜の単層膜、またはこれらの膜の多層膜である。屈折率は、絶縁膜１６よりも半導体膜１２の方が高いため、絶縁膜１６を覆った状態でレーザビーム１４を照射しても、側面１２ａから入射したレーザビーム１４が絶縁膜１１と半導体膜１２の界面、および絶縁膜１６と半導体膜１２の界面で全反射するので、レーザビーム１４を半導体膜１２内部に閉じこめることができる。そのため、半導体膜１２を完全溶融して、大粒径結晶の結晶性半導体膜とすることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、プリズムとして機能する構造体によって、半導体膜の側面からレーザビームを入射させる方法を説明する。

図４を用いて、半導体膜の結晶化方法を説明する。なお、同図において図１と同じ符号は同じ要素を示し、繰り返しになる説明を省略する。本実施の形態では、ミラーとして機能する構造体１３の代わりに、プリズムとして機能する構造体３１を形成する。

図４（Ａ）に示すように、プリズムとして機能する構造体３１は、絶縁膜１１の表面（絶縁表面）上に半導体膜１２の側面１２ａに隣接して形成される。図４（Ａ）では、２つの構造体３１を形成した例を示している。

構造体３１は、上面から入射したレーザビーム１４の光路を反射面３１ａで偏向するため、反射面３１ａが傾斜した逆テーパー部３１ｂ（図４（Ａ）の点線で囲んだ部分）を有する。この反射面３１ａは半導体膜１２の側面１２ａに対向するように形成される。また、図４では、構造体３１の反射面３１ａに対向する側面は、半導体膜１２の側面１２ａと離れて設けているが、半導体膜１２の側面１２ａと接して設けても、側面１２ａからレーザビーム１４を入射させることができる。

構造体３１をプリズムとして機能させるため、構造体３１はレーザビーム１４に対する透過率が高く、また屈折率が空気よりも大きい材料で形成される。例えば、構造体３１を酸化珪素、酸化窒化珪素などで形成することができる。また、逆テーパー部３１ｂの傾斜角度θ_２は、プリズムの頂角に相当するため、４５°が理想的であるが、半導体膜１２の側面１２ａと構造体３１の反射面３１ａの距離に応じて、傾斜角度θ_２は４５°±３０°の範囲で決めることができる。また、半導体膜１２の側面１２ａに効率良くレーザビーム１４を入射させるため、構造体３１の逆テーパー部３１ｂの厚さは半導体膜１２よりも大きくする。また、逆テーパー部３１ｂはレーザビーム１４によって溶融しないような厚さに形成する。

レーザビーム１４を走査しながら、半導体膜１２および構造体３１の上方から照射する。構造体３１の上面に入射したレーザビーム１４は、反射面３１ａと空気の界面で反射されて、その光路が偏向される。反射面３１ａで反射されたレーザビームは構造体３１の側面から射出され、側面１２ａから半導体膜１２に入射する。入射したレーザビーム１４は半導体膜１２の上面と空気との界面、および半導体膜１２の下面と絶縁膜１１の界面で全反射しながら、半導体膜１２中を伝搬する。半導体膜１２はレーザビーム１４を吸収して、完全に溶融し、大粒径結晶となる。

構造体３１をプリズムとして機能させるには、少なくとも直角三角柱状（図４（Ａ）の逆テーパー部３１ｂに相当する）の部分を有していればよい。また、レーザビーム１４を半導体膜１２の側面１２ａから入射させるため、この直角三角形柱の部分を絶縁膜１１上に形成し、図４（Ａ）のように配置する。つまり、直角三角形柱において、斜辺の以外の２辺のうち一方の辺を含む面を絶縁表面と平行に配置し、他方の辺を含む面を半導体膜１２の側面１２ａに対向するように配置することで、直角三角形の斜辺を含む面を傾斜した状態で、かつ半導体膜１２の側面１２ａに対向させる。

上述したように、プリズムとして機能する構造体を設けることで、レーザビームを半導体膜１２の上方から照射しても、膜厚が４０ｎｍ以下の半導体膜を完全に溶融させることができため、膜厚が４０ｎｍ以下の大粒径結晶でなる結晶性半導体膜を形成することが可能になる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、ミラーとして機能する構造体および側面を有する半導体膜を形成する方法を説明する。

まず、図５を用いて、絶縁表面上に側面を有する半導体膜を形成する方法を説明する。図５（Ａ）に示すように、ガラス基板などの基板２０１を用意する。基板２０１上に、構造体および半導体膜の下地となる絶縁膜２０２を形成する。絶縁膜２０２として、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法で、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜の単層膜または多層膜を形成する。絶縁膜２０２の厚さは５０ｎｍ〜２００ｎｍとする。絶縁膜２０２上に、島状半導体膜２０４を形成する。島状半導体膜２０４の厚さは１０ｎｍ〜４０ｎｍとする。島状半導体膜２０４として、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法または熱ＣＶＤ法などで非晶質珪素膜、微結晶珪素膜などを形成する。原料ガスにシランなどを用いた場合など、成膜方法によって、島状半導体膜２０４が水素を含むことがある。レーザビームを照射したとき、島状半導体膜２０４から水素が噴出しないようにするため、４００℃〜５５０℃で１時間程度か、それ以上加熱し、島状半導体膜２０４の水素出しを行う。

島状半導体膜２０４に対してフォトリソグラフィー工程とエッチング工程を行うことで、図５（Ｂ）に示すように、側面を有する島状半導体膜２０４を形成する。図６では、島状半導体膜２０４にテーパー部を設け、断面形状が台形状になるようにしている。島状半導体膜２０４の側面を傾斜させることで、島状半導体膜２０４上に形成されるゲート絶縁膜、およびゲート配線の段差被覆性を向上させることができる。島状半導体膜２０４にテーパー部を設けた場合は、レーザビームが入射する２つの側面の間隔（島状半導体膜２０４の幅）は、最もせまくなる部分の上限を５００ｎｍ程度になるようにする。これは、チャネルが形成される領域が少なくとも完全溶融されればよいからである。

図６を用いて、ミラーとして機能する構造体を形成する方法を説明する。図６（Ａ）に示すように、絶縁膜２０５を形成する。絶縁膜２０５として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜の単層膜、多層膜をプラズマＣＶＤ法、スパッタ法で形成する。絶縁膜２０５に対してフォトリソグラフィー工程とエッチング工程を行うことで、図６（Ｂ）に示すように、マスク絶縁膜２０６を形成する。絶縁膜２０５は構造体２０８が形成される領域には残らないように除去される。島状半導体膜２０４上に、構造体２０８を構成する金属膜を形成する必要があり、この金属膜で島状半導体膜２０４の表面が汚染されることを避けるため、マスク絶縁膜２０６を形成する。そのため、マスク絶縁膜２０６は島状半導体膜２０４の表面を完全に覆うように形成される。

図６（Ｃ）に示すように、構造体２０８を構成する金属膜２０７を形成する。金属膜２０７は、チタン、アルミニウム、タングステン、チタンなどの金属で形成される。これらの金属膜はスパッタ法で成膜できる。金属膜２０７に対してフォトリソグラフィー工程とエッチング工程を行うことで、図６（Ｄ）に示すように、テーパー部を有する構造体２０８を形成する。テーパー部の傾斜面が反射面となる。金属膜にテーパ部を設けるには、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いるのが好ましい、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を調節することにより、金属膜をテーパー形状にエッチングすることができる。

図７を用いて、結晶性半導体膜を形成する方法を説明する。マスク絶縁膜２０６を除去した後、図７（Ａ）に示すように、島状半導体膜２０４および構造体２０８の上方からレーザビーム２０９を照射する。レーザビーム２０９を走査しながら、照射することで、図７（Ｂ）に示すように、島状半導体膜２０４が結晶化され、島状の結晶性半導体膜２１０が形成される。構造体２０８を除去し、島状の結晶性半導体膜２１０でチャネル形成領域を構成して、半導体素子を形成する。

なお、マスク絶縁膜２０６を除去せず、図６（Ｄ）に示すように、マスク絶縁膜２０６で島状半導体膜２０４を覆った状態で、レーザビーム２０９を照射してもよい。この場合、レーザビーム２０９を照射した後、マスク絶縁膜２０６を除去する。また、マスク絶縁膜２０６が水素を含む絶縁膜である場合、レーザビーム２０９を照射する前に、４００℃〜５５０℃程度、１時間程度かそれ以上の加熱処理を行い、マスク絶縁膜２０６の水素出しを行う。レーザビーム２０９を照射するときに、マスク絶縁膜２０６で覆うことで、島状半導体膜２０４が溶融したときに汚染されることを防ぐことができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、ミラーとして機能する構造体と側面を有する半導体膜を形成する方法を説明する。実施の形態３では、構造体２０８全体を、金属のような反射率の高い材料で形成した例を説明したが、本実施の形態では、表面を反射率の高い材料で覆われた絶縁膜で構造体を形成する方法を説明する。図８を用いて、本実施の形態を説明する。図８において、図６〜７と同じ符号は同じ構成要素を示し、重複する説明を省略している。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す工程により、絶縁膜２０２上に島状半導体膜２０４を形成する。島状半導体膜２０４を覆って絶縁膜２１１を形成する。絶縁膜２１１は酸化珪素、窒化珪素および酸化窒化珪素膜から選ばれた絶縁膜の単層膜、または積層膜でなる。これらの絶縁膜はプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などで形成することができる。絶縁膜２１１の厚さは島状半導体膜２０４と同じかそれ以上とする。

フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により、絶縁膜２１１を所定の形状に加工し、図８（Ｂ）に示すように、テーパー部を有する構造体２１３、および島状半導体膜２０４を覆うマスク絶縁膜２１４を形成する。

図８（Ｃ）に示すように、構造体２１３およびマスク絶縁膜２１４を覆う金属膜２１５をスパッタ法等で形成する。金属膜２１５はアルミニウム、チタン、クロムなどで形成される。マスク絶縁膜２１４により、金属膜２１５で島状半導体膜２０４が汚染されることを防ぐことができる。

フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により、金属膜２１５を加工して、図８（Ｄ）に示すように構造体２１３の表面を覆う金属膜２１６のみを残す。以上により、構造体２１３のテーパー部の傾斜面に反射面が形成される。

図８（Ｅ）に示すように、マスク絶縁膜２１４を除去し、金属膜２１６で覆われた構造体２１３および島状半導体膜２０４の上方からレーザビームを照射し、島状半導体膜２０４を結晶化する。また、図８（Ｄ）のマスク絶縁膜２１４に覆われた状態で、レーザビームを照射してもよい。

（実施の形態５）
本実施の形態ではプリズムとして機能する構造体と半導体膜を絶縁表面上に形成する方法を説明する。図９および図１０を用いて、本実施の形態を説明する。図９および図１０において、図５〜図７と同じ符号は、同じ構成要素を示し、重複する説明を省略する。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）を用いて説明した工程を行い、基板２００上に絶縁膜２０２を形成し、絶縁膜２０２上に島状半導体膜２０４を形成する。図９（Ａ）に示すように島状半導体膜２０４上に、絶縁膜２２６を形成する。絶縁膜２２６は構造体を構成する膜である。絶縁膜２２６を形成する前、必要に応じて、４００℃〜５５０℃、１時間程度かそれ以上の加熱処理により島状半導体膜の水素出しを行う。絶縁膜２２６を形成した後、絶縁膜２２６上にレジストマスク２２７を形成する。絶縁膜２２６をエッチングして、図９（Ｂ）に示すように、逆テーパー部を有する構造体２２８を形成する。

絶縁膜２２６に逆テーパー部を形成する方法として、本実施の形態では、絶縁膜２２６のエッチングレートが上層になるほど高くなるように形成し、絶縁膜２２６を等方性エッチングして、逆テーパー部を形成する例を示す。絶縁膜２２６として、シラン（ＳｉＨ_４）および一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、または、シラン（ＳｉＨ_４）、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ_３）および水素（Ｈ_２）を原料ガスに、プラズマＣＶＤ法で酸化窒化珪素膜を形成し、フッ酸で酸化窒化珪素膜をエッチングする場合を例に説明する。酸化窒化珪素膜の成膜温度を段階的または連続的に上昇させる。成膜温度が高いほどフッ酸によるエッチングレートが低い、緻密な膜が形成できる。また、シラン（ＳｉＨ_４）の流量を段階的または連続的に低下させることでも、上層になるほどフッ酸によるエッチングレートを小さくすることができる。

このように成膜した酸化窒化珪素膜をフッ酸でウエットエッチングする。ウエットエッチングは等方性のエッチングであり、酸化窒化珪素膜は上層ほどフッ酸に対するエッチングレートが低いため、図９（Ｂ）に示すように、周囲に逆テーパー部を有する構造体２２８を形成することができる。なお、絶縁膜２２６は、酸化窒化珪素膜に限定されるものではない、酸化珪素または窒化珪素膜でもよい。

図９（Ｂ）に示す構造体２２８は、図４の２つの構造体３１と、島状半導体膜２０４を覆うマスク絶縁膜とを一体的に形成した構造体である。つまり、構造体２２８は、島状半導体膜２０４の表面を覆う部分と、絶縁膜２０２の表面に接する部分を有し、絶縁膜２０２の表面に接する部分に、島状半導体膜２０４の側面に対向する逆テーパー部を有している。

構造体２２８を形成した後、剥離液によりレジストマスク２２７を除去する。レーザビーム２０９を走査しながら、図１０に示すように、島状半導体膜２０４および構造体２２８の上方からレーザビーム２０９を照射する。レーザビーム２０９を照射する前、必要に応じて、構造体２２８からの水素出しを行う。

構造体２２８の逆テーパー部に入射したレーザビーム２０９は、反射面（逆テーパー部の傾斜面）と空気との界面で反射され、光路が偏向される。構造体２２８の反射面で反射されたレーザビーム２０９は、構造体２２８内部を伝搬し、側面から島状半導体膜２０４に入射する。島状半導体膜２０４の側面に入射したレーザビーム２０９は、構造体２２８と島状半導体膜２０４の界面および絶縁膜２０２と島状半導体膜２０４の界面で全反射しながら、島状半導体膜２０４中を伝搬する。その結果、島状半導体膜２０４は完全溶融され、大粒径結晶を有する結晶性半導体膜２１０が形成される。構造体２２８を除去し、島状の結晶性半導体膜２１０にチャネル形成領域を形成することで、半導体素子を形成することができる。

（実施の形態６）
実施の形態１で述べたように、対向する側面からレーザビームを半導体膜に入射させる場合、完全溶融できる半導体膜の幅ｄは５００ｎｍ程度である。そのため、薄膜トランジスタなどの半導体素子の半導体層（活性層）の形状に制約が生じる。本実施の形態では、薄膜トランジスタを作製するための島状半導体膜、および構造体の形状および配置について説明する。なお、本実施の形態では、実施の形態１の結晶化方法を例に説明するが、他の実施の形態で示した結晶化方法でも、同様に実施することができる。

図１１は、島状半導体膜とミラーとして機能する構造体の構成および配置例を示す図である。図１１（Ａ）は上面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＡ−Ａ’で切った断面図である。図１１（Ｂ）に示すように、基板４０１上に、下地膜となる絶縁膜４０２が形成され、絶縁膜４０２には、薄膜トランジスタを構成する島状半導体膜４０４、島状半導体膜４０４に隣接してミラーとして機能する２つの構造体４０８が形成されている。

島状半導体膜４０４の中央部の幅が細い領域４０４ａに、薄膜トランジスタのチャネル形成領域が形成される。そのため、レーザビームの照射により完全溶融されるように、幅ｄ_１は５００ｎｍ程度とする。

領域４０４ａの両側に連結された幅の広い領域４０４ｂは、薄膜トランジスタの高濃度不純物領域（ソース領域又はドレイン領域）を形成するための領域である。高濃度不純物領域には、ソース電極またはドレイン電極を接続する領域が必要となるため、幅ｄ_２は５００ｎｍよりも広くし、ソース電極またはドレイン電極とのコンタクト部を形成できるようにする。

高濃度不純物領域は、チャネル領域ほど高い結晶性が必要とされない。そのため、図１１（Ａ）の配置例では、島状半導体膜４０４のうち、領域４０４ａを挟むように構造体４０８を形成し、領域４０４ｂに対応する構造体は設けていない。つまり、少なくとも領域４０４ａは完全溶融できるように構造体４０８を形成する。このように、構造体４０８を形成することで、島状半導体膜４０４の集積度を高くすることができる。

線状のレーザビームを走査しながら、島状半導体膜４０４および構造体４０８の上方から照射する。島状半導体膜４０４の領域４０４ａは、構造体４０８により、レーザビームが側面からも入射するため、完全に溶融し、大粒径結晶が形成される。領域４０４ｂには、側面らのレーザビームの入射がほとんどないため、その結晶化は上面から入射したレーザビームの寄与が殆どになる。そのため、領域４０４ｂはレーザビームによって完全に溶融しないので、小粒径結晶となる。

レーザビームの照射により島状半導体膜４０４は結晶化され、島状結晶半導体膜が形成される。構造体４０８を除去し、島状結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する。島状結晶性半導体膜により、厚さが４０ｎｍ以下の大粒径結晶でなるチャネル形成領域を有する薄膜トランジスタを形成することができる。

図１２に、薄膜トランジスタの構成例を示す。図１２に示すように、島状結晶性導体膜４１０上にゲート絶縁膜４１２が形成され、ゲート絶縁膜４１２上にゲート電極４１３が形成される。ｎ型またはｐ型の不純物を島状結晶性半導体膜４１０に添加し、高度濃度不純物領域４１０ｂを形成する。その結果、島状結晶性半導体膜４１０にチャネル形成領域４１０ａが確定される。ゲート電極４１３上に層間絶縁膜４１４を形成する。層間絶縁膜４１４およびゲート絶縁膜４１２に、島状結晶性半導体膜４１０に達するコンタクトホールを形成する。層間絶縁膜４１４上に電極４１５を形成し、電極４１５を高濃度不純物領域４１０ｂに接続する。以上の工程により、薄膜トランジスタが製造される。

なお、図１３に示すように、帯状の構造体４２８で、島状半導体膜４０４を挟むように配置することもできる。図１３の配置例の場合、島状半導体膜４０４の領域４０４ｂの向かい合う２つの側面に、それぞれ、構造体４２８が対向するように配置される。レーザビームを島状半導体膜４０４および構造体４２８の上方から照射すると、構造体４２８により、領域４０４ｂの側面にもレーザビームが入射する。従って、領域４０４ｂの側面からの幅ｄ_３が２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の領域は完全溶融し、大粒径結晶が形成される。

図１１（Ａ）や図１３に示す島状半導体膜４０４では、チャネル幅は領域４０４ａの幅ｄ_１で決まるため、その上限は５００ｎｍに制限される。薄膜トランジスタのチャネル幅を５００ｎｍ以上するための島状半導体膜および構造体の配置例を、図１４に示す。島状半導体膜４３４に、チャネル形成領域となる領域４３４ａを複数設け、チャネル幅を５００ｎｍ以上とする。図１４では、領域４３４ａを３つ形成した例を示す。なお、領域４３４ａを完全溶融させるため、その幅ｄ_１は５００ｎｍ以下とする。

高濃度不純物領域となる領域４３４ｂは、複数の領域４３４ａを連結するように形成される。領域４３４ａを完全溶融させるため、構領域４３４ａの側面に対応して、構造体４３８を形成する。図１４に示すような配置例とすることで、複数の領域４３４ａを完全溶融させて、大粒径結晶とすることができる。一方領域４３４ｂは小粒径結晶となる。従って、本発明の結晶化方法により、厚さが４０ｎｍ以下で、大粒径結晶でなる結晶性半導体膜によって、チャネル幅が５００ｎｍ以上の薄膜トランジスタを形成することができる。

以上述べたように、本発明の方法で結晶化された島状半導体膜を用いて薄膜トランジスタを作製することができる。薄膜トランジスタにより、各種の集積回路を構成することができる。例えば、薄膜トランジスタを画素部に有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置を製造することができる。また、薄膜トランジスタを用いて、無線で通信する機能を有する集積回路を製造し、この集積回路にアンテナを接続することで、無線通信可能な半導体装置を製造することができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、図１６、図１７を用いて、半導体素子である不揮発性メモリ素子の作製方法の一例を説明する。

本実施の形態で示す不揮発性メモリ素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と類似の構造を有し、電荷を長期間蓄積することのできる領域がチャネル形成領域上に設けられている。この電荷蓄積領域は絶縁膜上に形成され、周囲と絶縁分離されていることから浮遊ゲート電極とも呼ばれる。浮遊ゲート電極上には、絶縁膜を介して制御ゲート電極を備えている。

上記のような構造を有する不揮発性メモリ素子は、制御ゲート電極に印加する電圧により、浮遊ゲート電極に電荷を蓄積させ、また放出させる動作が行われる。すなわち浮遊ゲート電極に保持させる電荷の出し入れにより、データを記憶する仕組みになっている。浮遊ゲート電極への電荷の注入や引き抜きは、チャネル形成領域が形成される半導体膜と、制御ゲート電極の間に高電圧を印加する。このときチャネル形成領域上の絶縁膜には、ファウラー−ノルドハイム（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）型（Ｆ−Ｎ型）トンネル電流（ＮＡＮＤ型）や、熱電子（ＮＯＲ型）が流れると言われている。チャネル形成領域上に設けられる絶縁膜は、トンネル絶縁膜とも呼ばれている。

まず、図１６（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜となる絶縁膜５０１を形成する。絶縁膜５０１上に、実施の形態１乃至５のいずれかの結晶化方法を用いて、島状の結晶性半導体膜５１０を形成する。結晶性半導体膜５１０の形状、およびミラーまたはプリズムとして機能する構造体の配置方法は実施の形態６の方法を用いればよい。結晶性半導体膜５１０の厚さは４０ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以下１０ｎｍ以上とする。

図１６（Ｂ）に示すように、結晶性半導体膜５１０上に第１の絶縁膜５１１を形成する。第１の絶縁膜５１１は、ＣＶＤ法やスパッタ法等を用いて、酸化珪素、酸化窒化珪素等の珪素を主成分とする絶縁材料を用いて形成することができる。また、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａｘＯｙ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）等の金属酸化物を主成分とする材料を用いて形成することもできる。第１の絶縁膜５１１は、膜厚１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは膜厚１ｎｍ以上１０ｎｍ以下で形成するのが望ましい。

次に、図１６（Ｃ）に示すように、第１の絶縁膜５１１に対してプラズマ酸化を行い、第２の絶縁膜５１２を形成する。第２の絶縁膜５１２上に電荷蓄積膜５１３を形成する。第２の絶縁膜５１２はトンネル絶縁膜として機能し、電荷蓄積膜５１３は浮遊ゲート電極として機能する。

第１の絶縁膜５１１に対して行うプラズマ酸化は、マイクロ波（代表的には２．４５ＧＨｚ）等の高周波で励起され、電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３以上であり、プラズマの電子温度が１．５ｅＶ以下のプラズマを利用する。電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３以上１×１０^１３ｃｍ^−３以下で、プラズマの電子温度が０．５ｅＶ以上１．５ｅＶ以下のプラズマを利用することが好ましい。また、第１の絶縁膜５１１に対するプラズマ酸化時間は、６０秒以上が好ましい。

プラズマ酸化の雰囲気は、少なくとも酸素（Ｏ_２）を含む雰囲気、少なくとも一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）および希ガスを含む雰囲気、少なくとも酸素、水素（Ｈ_２）および希ガスを含む雰囲気、または少なくとも一酸化二窒素、水素および希ガスを含む雰囲気である。なお、雰囲気に水素を含む場合は、その割合を酸素、一酸化二窒素および希ガスよりも少なくするのが好ましい。

希ガスとしては、代表的には、Ａｒガス、またはＡｒとＫｒを混合ガスが用いられる。プラズマ酸化の雰囲気が希ガスを含む場合、第２の絶縁膜５１２は、プラズマ処理に用いた希ガスを含む場合がある。例えば、プラズマ酸化にＡｒを用いた場合には、第２の絶縁膜５１２にＡｒが含まれる場合がある。

プラズマ酸化は、プラズマの電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３以上と高密度であり、被処理物である第１の絶縁膜５１１付近での電子温度が低いため、第２の絶縁膜５１２がプラズマにより損傷することを防止することができる。また、プラズマの電子密度が１×１０^１１ｃｍ^−３以上と高密度であるため、被処理物（ここでは第１の絶縁膜５１１）をプラズマ酸化することによって形成される膜（ここでは第２の絶縁膜５１２）は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により形成された膜と比較して緻密で高耐圧な膜を形成することができる。また、プラズマの電子温度が１．５ｅＶ以下と低いため、従来のプラズマ処理や熱酸化法と比較して低温度で、被処理物の酸化処理を行うことができる。例えば、ガラス基板の歪点よりも１００℃以上低い、５００℃〜６００℃程度の温度でプラズマ酸化を行っても十分に酸化処理を行うことができる。

水素が含まれる絶縁膜をプラズマ酸化することで、水素含有量が低減された膜を得ることができる。

本実施の形態では、酸素（Ｏ_２）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスの雰囲気下で、第１の絶縁膜５１１をプラズマ酸化する。プラズマ酸化の雰囲気に、例えば、酸素を０．１〜１００ｓｃｃｍ、アルゴンを１００〜５０００ｓｃｃｍの範囲で導入すればよい。

第１の絶縁膜５１１に対してプラズマ酸化することにより形成された第２の絶縁膜５１２は、不揮発性メモリ素子のトンネル絶縁膜として機能する。従って、第２の絶縁膜５１２が薄いほどトンネル電流が流れやすくなる。また、第２の絶縁膜５１２が薄いほど、後に形成される浮遊ゲート電極に低電圧で電荷を蓄積させることが可能となる。

一般的に、半導体膜上に絶縁膜を薄く形成する方法として熱酸化法があるが、基板５００に、ガラス基板のような歪み点が７００℃未満の基板を用いる場合には、半導体膜を熱酸化して、トンネル絶縁膜を形成することは非常に困難である。また、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成した絶縁膜は、膜の内部に欠陥を含んでいるため耐圧が十分でない。さらに、ＣＶＤ法やスパッタ法により膜厚の薄い絶縁膜を形成した場合には絶縁耐圧が低く、かつピンホール等の欠陥が生じやすい問題がある。したがって、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成した第１の絶縁膜５１１をそのままトンネル絶縁膜として用いると、不良が生じやすい。

そこで、本実施の形態で示すように、第１の絶縁膜５１１をプラズマ酸化して第２の絶縁膜５１２を形成することで、ＣＶＤ法やスパッタ法等により形成した絶縁膜よりも緻密で高耐圧な膜を形成することができる。また、第１の絶縁膜５１１形成時に結晶性半導体膜５１０の端部を十分に被覆できなかった場合でも、プラズマ酸化することで、半導体膜を十分に被覆する第２の絶縁膜５１２を形成することができる。

本実施の形態の不揮発性メモリ素子は、トンネル絶縁膜を介して電子を注入することによって情報を記憶する。このとき、トンネル絶縁膜に電子トラップの要因となる水素が存在すると、書き込みおよび消去を繰り返すうちに電圧が変動してしまい、メモリが劣化する原因となる。したがって、電子トラップの要因となるトンネル絶縁膜中の水素含有量は少ない方が好ましい。第１の絶縁膜５１１をプラズマ酸化して第２の絶縁膜５１２を形成することで、ＣＶＤ法やスパッタ法等により形成した絶縁膜より膜中の水素含有量を低減することができる。

以上のように、チャネル形成領域が形成される結晶性半導体膜５１０を４０ｎｍ以下と薄く形成し、また電子密度が高い酸素プラズマ酸化によりトンネル絶縁膜を酸化することにより、低消費電力で、高速動作可能な不揮発性メモリ素子を形成することができる。

電荷蓄積膜５１３は、単層膜または２層以上の積層膜で形成することができる。例えば、電荷蓄積膜５１３を構成する層は、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体材料、珪素を主成分とする化合物、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等から選ばれた金属、これら金属を主成分とする合金、およびこれら金属を主成分とする金属化合物（金属窒化物、金属酸化物等）から選ばれた材料を用いて形成することができる。

例えば、珪素を主成分とする化合物として、窒化珪素、窒化酸化珪素、炭化珪素、およびシリサイド（タングステンシリサイド、チタンシリサイド、ニッケルシリサイド）などがある。半導体材料として、ｎ型またはｐ型の珪素、およびゲルマニウムを１０原子％未満の濃度で含む珪素ゲルマニウムなどがある。金属の化合物として、窒化タンタル、酸化タンタル、窒化タングステン、窒化チタン、酸化チタンおよび酸化スズなどがある。また、珪素を用いる場合は、リンやボロンなどの導電性を付与する不純物を添加してもよい。

図１６（Ｄ）に示すように、電荷蓄積膜５１３上に第３の絶縁膜５１４を形成する。第３の絶縁膜５１４の膜厚は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とし、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下が望ましい。第３の絶縁膜５１４は、酸化珪素、酸化窒化珪素等の珪素を主成分とする絶縁材料、または、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａｘＯｙ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）等の金属酸化物で形成する。これらの膜は。ＣＶＤ法やスパッタ法等を用いて形成する。

第１の絶縁膜５１１の酸化プラズマ処理と同様に、第３の絶縁膜５１４に対してプラズマ酸化を行う。図１７（Ａ）に示すように、第３の絶縁膜５１４に対してプラズマ酸化を行うことにより第４の絶縁膜５１５を形成する。次に、第４の絶縁膜５１５上に導電膜５１６、導電膜５１７を順に積層する。

導電膜５１６、５１７は、ゲート電極（コントロールゲート電極）を構成する導電膜である。２層の導電膜でゲート電極を形成する例を示したが、単層でも３層以上でもよい。コントロールゲート電極を構成する導電膜は、ｎ型またはｐ型の珪素、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等の金属、これらの金属を主成分とする合金、およびこれら金属を主成分とする金属化合物（金属窒化物、金属酸化物等）から選択された材料で形成することができる。

フォトリソグラフィー工程によりレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて導電膜５１６、９１４をエッチングし、図１７（Ｂ）に示すように、結晶性半導体膜５１０上にゲート電極５２０を形成する。さらに、ゲート電極５２０をマスクにして、第４の絶縁膜５１５および電荷蓄積膜５１３をエッチングする。その結果、ゲート電極５２０、第４の絶縁膜５１５、電荷蓄積膜５１３の側面が概略一致するように形成される。電荷蓄積膜５１３は浮遊ゲート電極として機能し、第４の絶縁膜５１５はコントロール絶縁膜として機能し、ゲート電極５２０は制御ゲート電極として機能する。

図１７（Ｃ）に示すように、ゲート電極５２０をマスクとして、ｎ型またはｐ型を付与する不純物を添加し、一対の不純物領域５２２と、一対の不純物領域５２２間に位置するチャネル形成領域５２３を形成する。ｎ型を付与する不純物にはリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用い、ｐ型を示す不純物にはボロン（Ｂ）等を用いることができる。ｎ型またはｐ型を付与する不純物を添加した後、この不純物を活性化する熱処理を行う。

図１７（Ｄ）に示すように、ゲート電極５２０を覆うように第６の絶縁膜５２４を形成する。第６の絶縁膜５２４および第２の絶縁膜５１２に、不純物領域５２２に達する開口部を形成する。第６の絶縁膜５２４上に、不純物領域５２２に接続される電極５２５を形成する。

以上の工程で、半導体素子である不揮発性メモリ素子を作製することができる。なお、本実施の形態で示した不揮発性メモリ素子の構造は一例であり、他の構造の不揮発性メモリ素子に、本発明の方法で結晶化された半導体膜、および本実施の形態で説明したプラズマ処理で形成された絶縁膜を適用することができるのはいうまでもない。

本実施例では、本発明の方法で結晶化された半導体膜で半導体装置を作製する方法を説明する。また、半導体装置として、データを無線で入力、出力を行う半導体装置を例に、その構造および作製方法を説明する。

近年、超小型ＩＣチップと、無線通信用のアンテナを組み合わせた小型の半導体装置として、無線チップが脚光を浴びている。無線チップは、無線通信装置（以下、リーダ／ライタという）を使った通信信号（動作磁界）の授受により、データの書き込みと、データの読み出しができる。

無線チップの応用分野として、例えば、流通業界における商品管理が挙げられる。現在では、バーコードなどを利用した商品管理が主流であるが、バーコードは光学的に読み取るため、遮蔽物があるとデータを読み取れない。一方、無線チップでは、無線でデータを読み取るため、遮蔽物があっても読み取れる。従って、商品管理の効率化、低コスト化などを実現できる。その他、乗車券、航空旅客券、料金の自動精算など、広範な応用が可能である。

無線チップの応用分野が広がりつつある中で、より高機能な無線チップに対する要求も高まっている。例えば、送受信データを暗号化することで、第三者へのデータ漏洩の防止が可能になる。これには、復号化および暗号化の処理をハードウェア的に処理する方式と、ソフトウェア的に処理する方式と、ハードウェアおよびソフトウェアを併用する方式と、が考えられる。ハードウェア的に処理する方式では、復号化や、暗号化を行う専用回路で演算回路を構成する。ソフトウェア的に処理する方式では、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）と大規模メモリとで演算回路を構成し、復号化プログラムや暗号化プログラムをＣＰＵで実行する。ハードウェアおよびソフトウェアを併用する方式では、専用回路と、ＣＰＵと、メモリと、で演算回路を構成し、専用回路で復号化や暗号化のための演算処理の一部分を行い、残りの演算処理のプログラムをＣＰＵで実行する。いずれも無線チップに大容量のメモリを搭載することが要求される。

本実施例では、ＣＰＵ、専用回路およびメモリ回路を備えた半導体装置の例として、暗号処理機能を有する無線チップについて説明する。図１８に半導体装置のブロック図の一例を示す。

半導体装置２６０１は、演算回路２６０６とアナログ部２６１５とから構成される。演算回路２６０６は、ＣＰＵ２６０２と、ＲＯＭ２６０３と、ＲＡＭ２６０４と、コントローラ２６０５とを有する。アナログ部２６１５は、アンテナ２６０７と、共振回路２６０８と、電源回路２６０９と、リセット回路２６１０と、クロック生成回路２６１１と、復調回路２６１２と、変調回路２６１３と、電源管理回路２６１４とを有する。

ＲＯＭ２６０３は、実施の形態７の不揮発性メモリ素子をメモリセルに有するメモリ回路、薄膜トランジスタを用いたマスクＲＯＭで構成することができる。また、ＲＡＭ２６０４には、薄膜トランジスタを用いたＤＲＡＭやＳＲＡＭを適用することができる。本発明を適用することで、ＲＯＭ２６０３およびＲＡＭ２６０４共に、消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減することで、半導体装置２６０１ の発熱を低減することができる。

コントローラ２６０５は、ＣＰＵインタフェース（ＣＰＵＩＦ）２６１６と、制御レジスタ２６１７と、コード抽出回路２６１８と、符号化回路２６１９と、から構成される。なお、図１８では、説明の簡単化のため、通信信号を受信信号２６２０と、送信信号２６２１とに分けて示したが、実際には、両者は一体とされた信号でありおり、半導体装置２６０１およびリーダ／ライタの間で同時に送受信される。受信信号２６２０は、アンテナ２６０７と共振回路２６０８とで受信された後、復調回路２６１２により復調される。また、送信信号２６２１は、変調回路２６１３により変調された後、アンテナ２６０７から送信される。

図１８において、通信信号により形成される磁界中に半導体装置２６０１を置くと、アンテナ２６０７と共振回路２６０８により、誘導起電力を生じる。誘導起電力は、電源回路２６０９における電気容量により、保持され、かつその電位が安定化され、半導体装置２６０１の各回路に電源電圧として供給される。リセット回路２６１０は、半導体装置２６０１全体の初期リセット信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。クロック生成回路２６１１は、電源管理回路２６１４より生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。復調回路２６１２は、ＡＳＫ方式の受信信号２６２０の振幅の変動を”０”／”１”の受信データ２６２２として検出する。復調回路２６１２は、例えばローパスフィルターとする。さらに、変調回路２６１３は、送信データをＡＳＫ方式の送信信号２６２１の振幅を変動させて送信する。例えば、送信データ２６２３が”０”の場合、共振回路２６０８の共振点を変化させ、通信信号の振幅を変化させる。電源管理回路２６１４は、電源回路２６０９より演算回路２６０６に供給される電源電圧または演算回路２６０６における消費電流を監視し、クロック生成回路２６１１において、クロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成する。

図１８の半導体装置２６０１の動作を説明する。まず、リーダ／ライタから送信された受信信号２６２０により、半導体装置２６０１が暗号文データを含む受信信号２６２０受信する。受信信号２６２０は、復調回路２６１２で復調された後、コード抽出回路２６１８で制御コマンドや暗号文のデータなどに分解され、制御レジスタ２６１７に格納される。ここで、制御コマンドは、半導体装置２６０１の応答を指定するデータである。例えば、固有ＩＤ番号の送信、動作停止、暗号解読などを指定する。ここでは、暗号解読の制御コマンドを受信したとする。

続いて、演算回路２６０６において、ＣＰＵ２６０２が、ＲＯＭ２６０３に格納された暗号解読プログラムにしたがって、ＲＯＭ２６０３に予め格納された秘密鍵２６２４を用いて暗号文を解読（復号）する。復号された暗号文（復号文）は、制御レジスタ２６１７に格納される。この際、ＲＡＭ２６０４をデータ格納領域として用いる。ＣＰＵ２６０２は、ＣＰＵＩＦ２６１６を介してＲＯＭ２６０３、ＲＡＭ２６０４、制御レジスタ２６１７にアクセスする。ＣＰＵＩＦ２６１６は、ＣＰＵ２６０２が要求するアドレスから、ＲＯＭ２６０３、ＲＡＭ２６０４、制御レジスタ２６１７のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。

最後に、符号化回路２６１９において、復号文から送信データ２６２３を生成し、変調回路２６１３で変調し、アンテナ２６０７より送信信号２６２１をリーダ／ライタに送信する。

なお、図１８の半導体装置２６０１では、演算方式として、ソフトウェア的に処理する方式を採用したが、目的に応じて最適な演算方式を選び、半導体装置２６０１を構成すとよい。なお、ソフトウェア的に処理する方式とは、ＣＰＵと大規模メモリとで演算回路を構成し、プログラムをＣＰＵで実行する方式である。演算方式には他にも、演算をハードウェア的に処理する方式と、ハードウェアおよびソフトウェアを併用する方式が挙げられる。ハードウェア的に処理する方式では、専用回路で演算回路を構成すればよい。ハードウェアおよびソフトウェアを併用する方式では、専用回路、ＣＰＵおよびメモリで演算回路を構成し、専用回路で演算処理の一部分を行い、残りの演算処理のプログラムをＣＰＵで実行すればよい。

次に、半導体装置２６０１の作製方法を説明する。本実施例では、半導体装置を構成する回路を薄膜トランジスタや不揮発性メモリ素子で形成し、薄膜トランジスタの製造に使用した基板から、可撓性（フレキシブル）基板に回路を転載し、フレキシブルな半導体装置を製造する方法を示す。

半導体装置２６０１の作製方法を説明するため、半導体装置２６０１を構成する半導体素子として、インバータなどを構成するｐチャネル型ＴＦＴ（「ｐｃｈ−ＴＦＴ」とも表記する。）およびｎチャネル型ＴＦＴ（「Ｎｃｈ−ＴＦＴ」とも表記する。）、コンデンサ、並びに電源回路などに使用される高耐圧型のｎチャネル型ＴＦＴを代表的に示す。以下、図１９〜図２４に図示する断面図を用いて、無線チップの作製方法を説明する。

基板２６０にガラス基板を用いる。図１９（Ａ）に示すように、基板２６０上に３層２６１ａ〜２６１ｃでなる剥離層２６１を形成する。第１層２６１ａは、平行平板型プラズマＣＶＤ装置により、原料ガスにＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏを用いて酸化窒化珪素膜（ＳｉＯ_ｘＮｙ、ｘ＞ｙ＞０）を厚さ１００ｎｍ形成する。第２層２６１ｂとして、厚さ３０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング装置で成膜する。第３層２６１ｃとして、厚さ２００ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング装置で成膜する。

第３層２６１ｃ（酸化珪素）を成膜することで、第２層２６１ｂ（タングステン）の表面が酸化され、界面にタングステン酸化物が形成される。タングステン酸化物が形成されることで、のちに半導体素子を他の基板に転載するときに、基板２６０を分離しやすくなる。第１層２６１ａは、半導体素子を作製している間、第２層２６１ｂの密着性を維持するための層である。

第２層２６１ｂには、タングステン（Ｗ）他、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）の金属膜や、これらの金属の化合物が好ましい。また、第２層２６１ｂの厚さは２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下とする。

図１９（Ｂ）に示すように、剥離層２６１上に、２層構造の下地絶縁層２４９を形成する。第１層２４９ａとして、プラズマＣＶＤ装置により原料ガスにＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｈ_２を用いて酸化窒化珪素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ｘ＜ｙ）を厚さ５０ｎｍ形成する。第１層２４９ａの窒素の組成比が４０％以上となるようにしてバリア性を高める。第２層２４９ｂは、プラズマＣＶＤ装置によりＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏを原料ガスに用いて、酸化窒化珪素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ｘ＞ｙ＞０）を厚さ１００ｎｍ成膜する。第２層２４９ｂの窒素の組成比は０．５％以下とする。

下地絶縁層２４９上に、プラズマＣＶＤ装置により、原料ガスにＳｉＨ_４およびＨ_２を用い、厚さ４０ｎｍ以下の非晶質珪素膜を形成する。エッチングにより非晶質珪素膜を島状に形成し、実施の形態１乃至４で示した方法により、島状の非晶質珪素膜を結晶化して、図１９（Ｃ）に示すように、島状結晶性半導体膜２７３〜２７６を形成する。島状結晶性半導体膜２７３〜２７５は、それぞれ、ＴＦＴのチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域が形成される。島状結晶性半導体膜２７６はＭＩＳ型コンデンサの電極を構成する。

図２０（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によりレジストＲ３１を形成し、ｎチャネル型ＴＦＴの島状結晶性半導体膜２７４および２７５にｐ型不純物を微量添加する。ここでは、ドーピングガスに水素で希釈したジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を用い、イオンドーピング装置により島状結晶性半導体膜２７４、２７５にボロンをドーピングする。ドーピングが終了したらレジストＲ３１を除去する。

図２０（Ａ）の工程は、ｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧が負の電圧にならないようすることを目的とする。ｎチャネル型ＴＦＴの島状結晶性半導体膜２７４、２７５に５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の濃度でボロンを添加すればよい。図２０（Ａ）の工程は必要に応じて行う。

図２０（Ｂ）に示すように、基板２６０全体に絶縁膜２７７を形成する。絶縁膜２７７はＴＦＴのゲート絶縁膜、コンデンサの誘電体となる。ここでは、プラズマＣＶＤ装置により、プラズマＣＶＤ装置により原料ガスＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏを用いて酸化窒化珪素膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ｘ＞ｙ＞０）を厚さ２０ｎｍ〜４０ｎｍ形成する。

図２０（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によりレジストＲ３２を形成し、コンデンサの島状結晶性半導体膜２７６にｎ型不純物を添加する。ドーピングガスに水素で希釈したホスフィン（ＰＨ_３）を用いて、イオンドーピング装置により島状結晶性半導体膜２７６にリンをドーピングし、島状結晶性半導体膜２７６全体にｎ型不純物領域２７９を形成する。ドーピング工程が終了したら、レジストＲ３２を除去する。

図２０（Ｄ）に示すように、絶縁膜２７７上に導電膜２８１を形成する。導電膜２８１は、ＴＦＴのゲート電極などを構成する。ここでは、導電膜２８１を２層の多層構造とする。１層目は厚さ３０ｎｍのタンタル窒化物（ＴａＮ）、２層目は厚さ３７０ｎｍのタングステン（Ｗ）とする。タンタル窒化物、タングステンはそれぞれスパッタリング装置で成膜する。

導電膜２８１上にフォトリソグラフィ工程によりレジストを形成し、エッチング装置により導電膜２８１をエッチングして、図２１（Ａ）に示すように、第１導電膜２８４〜２８６を島状結晶性半導体膜２７３〜２７６上に形成する。第１導電膜２８３〜２８５はＴＦＴのゲート電極またはゲート配線となる。高耐圧型のｎチャネル型ＴＦＴでは、他のＴＦＴよりもゲート幅（チャネル長）が広くなるように、導電膜２８５を形成している。第１導電膜２８６はコンデンサの一方の電極を構成する。

導電膜２８１はドライエッチング法によりエッチングする。エッチング装置にＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング装置を用いる。エッチング剤としては、はじめにタングステンをエッチングするためＣｌ_２、ＳＦ_６、Ｏ_２の混合ガスを用い、次に、処理室に導入するエッチング剤をＣｌ_２ガスのみに変更し、タンタル窒化物をエッチングする。

図２１（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によりレジストＲ３３を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴの島状結晶性半導体膜２７４と２７５にｎ型不純物を添加する。第１導電膜２８４がマスクとなり、島状結晶性半導体膜２７４にｎ型低濃度不純物領域２８８、２８９が自己整合的に形成される。また、第１導電膜２８５がマスクとなり、島状結晶性半導体膜２７５にｎ型低濃度不純物領域２９０、２９１が自己整合的に形成される。水素で希釈したホスフィン（ＰＨ_３）をドーピングガスに用い、イオンドーピング装置により島状結晶性半導体膜２７４、２７５にリンを添加する。図２１（Ｂ）の工程は、ｎチャネル型ＴＦＴにＬＤＤ領域を形成するための工程である。ｎ型低濃度不純物領域２８８、２８９のｎ型不純物が、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲で含まれるようにする。

図２１（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によりレジストＲ３４を形成し、ｐチャネル型ＴＦＴの島状結晶性半導体膜２７３にｐ型不純物を添加する。島状結晶性半導体膜２７２は、ｎ型不純物領域として残す部分がレジストＲ３４に覆われているため、露出している領域がｐ型不純物領域となる。第１導電膜２８３がマスクとなり島状結晶性半導体膜２７３にｐ型高濃度不純物領域２７３ａ、２７３ｂが自己整合的に形成される。また第１導電膜２８３で覆われている領域２７３ｃがチャネル形成領域として自己整合的に形成される。ｐ型不純物領域の添加は、ドーピングガスに水素で希釈したジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を用いる。ドーピングが終了したらレジストＲ３４を除去する。

図２１（Ｄ）に示すように、第１導電膜２８３〜２８６の周囲に絶縁層２９３〜２９６を形成する。絶縁層２９３〜２９６はサイドウォール、側壁と呼ばれるものである。まず、原料ガスにＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏを用いて、プラズマＣＶＤ装置により酸化窒化珪素膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ｘ＞ｙ＞０）を１００ｎｍの厚さに形成する。次に、原料ガスにＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏを用いて、ＬＰＣＶＤ装置により酸化珪素膜を２００ｎｍの厚さに形成する。フォトリソグラフィ工程によりレジスト形成する。このレジストを用いて、まず、上層の酸化珪素膜をバッファードフッ酸でウェットエッチング処理する。次に、レジストを除去し、下層の窒化酸化珪素膜ドライエッチング処理をすることで、絶縁層２９３〜２９６が形成される。この一連の工程で、酸化窒化珪素でなる絶縁膜２７７もエッチングされ、絶縁膜２７７は第１導電膜２８３〜２８５と絶縁層２９３〜２９６の下部のみ残る。

図２２（Ａ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によりレジストＲ３５を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴの島状結晶性半導体膜２７４、２７５とコンデンサの半導体層にｎ型不純物を添加し、ｎ型高濃度不純物領域を形成する。島状結晶性半導体膜２７４は、第１導電膜２８４、絶縁層２９４がマスクとなり、ｎ型低濃度不純物領域２８８、２９９にさらにｎ型不純物が添加される。その結果、ｎ型高濃度不純物領域２７４ａ、２７４ｂが自己整合的に形成される。第１導電膜２８４と重なる領域２７４ｃがチャネル形成領域として自己整合的に確定する。また、ｎ型低濃度不純物領域２８８、２９９において絶縁層２９４と重なる領域２７４ｅ、２７４ｄは、ｎ型低濃度不純物領域として確定する。島状結晶性半導体膜２７５も島状結晶性半導体膜２７４と同様、ｎ型高濃度不純物領域２７５ａ、２７５ｂ、チャネル形成領域２７５ｃおよびｎ型低濃度不純物領域２７５ｅ、２７５ｄが形成される。また、第１導電膜２８６および絶縁層２９６がマスクとなり、ｎ型不純物領域２７９にさらにｎ型不純物が添加され、ｎ型高濃度不純物領域２７６ａ、２７６ｂが自己整合的に形成される。島状結晶性半導体膜２７６の第１導電膜２８６および絶縁層２９６と重なる領域が、ｎ型不純物領域２７６ｃとして確定する。

ｎ型不純物の添加工程は、上述したとおり、イオンドーピング装置を使用し、ドーピングガスに水素で希釈したホスフィン（ＰＨ_３）を用いる。リンの濃度が１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲になるように、ｎチャネル型ＴＦＴのｎ型高濃度不純物領域２７４ａ、２７４ｂ、２７５ａ、２７５ｂにリンがドーピングされる。

レジストＲ３５を除去し、図２２（Ｂ）に示すように、キャップ絶縁膜２９８を形成する。キャップ絶縁膜２９８として、プラズマＣＶＤ装置により酸化窒化珪素膜（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ｘ＞ｙ＞０）を５０ｎｍの厚さに形成する。酸化窒化珪素膜の原料ガスには、ＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏを用いる。キャップ絶縁膜２９８を成膜した後、窒素雰囲気中で５５０℃の加熱処理を行い、島状結晶性半導体膜２７３〜２７６に添加したｎ型不純物およびｐ型不純物を活性化する。

図２２（Ｃ）に示すように、第１層間絶縁膜３００を形成する。第１層間絶縁膜３００を２層構造とする。１層目の絶縁膜として、プラズマＣＶＤ装置により原料ガスにＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏを用いて、酸化窒化珪素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、０＜ｘ＜ｙ）を１００ｎｍの厚さに形成する。２層目の絶縁膜には、プラズマＣＶＤ装置により原料ガスにＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｈ_２を用いて、酸化窒化珪素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ｘ＞ｙ＞０）を６００ｎｍの厚さに形成する。

フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程により、第１層間絶縁膜３００およびキャップ絶縁膜２９８を除去し、コンタクトホールを形成する。第１層間絶縁膜３００上に導電膜を形成する。ここでは、導電膜を４層構造とする。下から、厚さ６０ｎｍのＴｉ、４０ｎｍのＴｉＮ、５００ｎｍの純アルミニウム、１００ｎｍのＴｉＮの順に積層する。それぞれの層はスパッタリング装置で成膜する。フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程により導電膜を所定の形状に加工し、第２導電膜３０３〜３１４を形成する。

なお、第２導電膜３１２と第１導電膜２８６が接続されることを説明するため、図面では、第２導電膜３１２と第１導電膜２８６が半導体層上で接続するように示しているが、実際には、第２導電膜３１２と第１導電膜とのコンタクト部分は半導体層上をさけて形成されている。

第２導電膜３１２によりｎ型高濃度不純物領域２７６ａと２７６ｂが接続され、ｎ型不純物領域２７６ｃ、絶縁膜２７７、第１導電膜２８６でなる積層構造のＭＩＳ型コンデンサが形成される。第２導電膜３１４はアンテナ回路の端子であり、アンテナ３２２が接続される。

図２３（Ａ）に示すように、第２層間絶縁膜３１６を形成する。第２層間絶縁膜３１６には、第２導電膜３１４に達するコンタクトホールを形成する。第２層間絶縁膜３１６を感光性ポリイミドで形成する例を示す。スピナーを用いて１．５μｍの厚さでポリイミドを塗布する。フォトリソグラフィ工程を用いて、ポリイミドを露光し、現像することでコンタクトホールが形成されたポリイミドが形成される。現像後、ポリイミドを焼成する。

さらに、第２層間絶縁膜３１６上に導電膜を形成する。フォトリソグラフィ工程とエッチング工程により、この導電膜を所定の形状に加工し、第３導電膜３２０を形成する。第３導電膜３２０を構成する導電膜として、厚さ１００ｎｍのＴｉをスパッタリング装置で成膜する。第３導電膜３２０はアンテナ３２２をアンテナ回路の端子（第２導電膜３１４）と接続するためのアンテナのバンプである。

図２３（Ｂ）に示すように、開口部が形成された第３層間絶縁膜３２１を形成する。ここでは、第２層間絶縁膜３１６と同様の方法で、感光性ポリイミドで形成する。開口部はアンテナ３２２を形成する領域に形成される。

図２３（Ｂ）に示すように、アンテナ３２２を形成する。蒸着装置により、メタルマスクを用いてアルミニウムを蒸着し、所定の形状のアンテナ３２２を開口部に形成する。

図２０（Ａ）〜図２３（Ｂ）に示す工程を経て、基板２６０上に、無線通信機能を有する半導体装置が形成される。次に、図２４に示すように、半導体装置を可撓性基板の中に封止する工程を説明する。

アンテナ３２２を保護するための保護絶縁層３２３を形成する。フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行う、またはレーザ光を照射することにより、保護絶縁層３２３と共に基板２６０上に積層された絶縁膜を除去し、剥離層２６１に達する開口部を形成する。基板２６０上には、半導体装置を構成する集積回路が多数形成されている。基板２６０上の全ての集積回路を共に基板２６０から剥離するため、全ての集積回路を取り囲むように開口部が形成される。

次に、保護絶縁層３２３上面に転載用の基板を一時的に固定した後、基板２６０を剥離する。剥離層２６１の第２層２６１ｂと第３層２６１ｃの界面で接合が弱くなっているため、物理的に力を加えることで開口部の端部から剥離が進行し、半導体素子から基板２６０を剥がすことができる。基板２６０が剥がれた下地絶縁層２４９に可撓性基板３２４を接着剤により固定する。そして、転載用の基板を取り外す。可撓性基板３２４には、多数の集積回路が固定されているため、レーザ光を照射することにより、１つの集積回路ごとに可撓性基板３２４を分割する。保護絶縁層２５３に他方の可撓性基板３２５を接着剤により固定する。そして、可撓性基板３２４と可撓性基板３２５の外側から圧力を加えながら、加熱処理をすることにより、可撓性基板３２４と可撓性基板３２５で集積回路およびアンテナを封止する。

本実施例では、半導体素子と共にアンテナ３２２を形成する例について説明したが、外付けアンテナを用いることもできる。また、本実施例では作製時に使用した基板２６０を剥離する例を示したが、作製時に使用した基板を残すこともできる。この場合、基板が撓むように、基板を研磨して、または研削して薄くすればよい。

図２５を用いて、無線通信可能な半導体装置の使用方法を説明する。

無線通信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２５（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図２５（Ｃ）参照）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等、図２５（Ｂ）参照）、乗り物類（自転車等、図２５（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２５（Ｅ）、図２５（Ｆ）参照）等の物品に設けて使用することができる。

半導体装置２６０１は、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりすることにより、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。半導体装置２６０１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、証書類等に半導体装置２６０１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、電子機器等に本発明の半導体装置を取り付けることにより、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。

図２６を用いて、本発明の半導体装置として、アクティブマトリクス型の液晶モジュールの構成例を説明する。図２６（Ａ）は、液晶モジュールの正面図であり、図２６（Ｂ）は図２６（Ａ）中のＡ−Ａ’で切断した断面図である。

１２００は第１の基板、点線で示された１２０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、１２０２は画素部、１２０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。第１の基板１２００上に、薄膜トランジスタなどからなる画素部１２０２、ソース側駆動回路部１２０１、ゲート側駆動回路１２０３が形成されている。薄膜トランジスタに本発明の方法で結晶化された結晶性半導体膜を用いることで、高性能で低電圧駆動が可能な液晶モジュールを作製することができる。

次に図２６（Ｂ）を用いて、液晶モジュールの断面構造について説明する。半導体素子は絶縁膜からなる下地膜１２０９上に形成される。ソース側駆動回路１２０１はｎチャネル型薄膜トランジスタ１２１１とｐチャネル型薄膜トランジスタ１２１２とを組み合わせたＣＭＯＳ回路を有する。画素部１２０２にはスイッチング用薄膜トランジスタ１２１３と容量素子１２１４を有する。スイッチング用薄膜トランジスタ１２１３は層間絶縁膜１２２１によって覆われている。層間絶縁膜１２２１上には画素電極１２２２が形成されている。画素電極１２２２は、スイッチング用薄膜トランジスタ１２１３に電気的に接続されている。

スイッチング用薄膜トランジスタ１２１３の配線、画素電極１２２２、ｎチャネル型薄膜トランジスタ１２１１およびｐチャネル型薄膜トランジスタ１２１２の配線を覆うように保護膜１２２３が形成されている。保護膜１２２３により、薄膜トランジスタの活性層や層間絶縁膜１２２１等への不純物の侵入を防止することができる。保護膜１２２３上に配向膜１２２４が形成されている。配向膜１２２４は必要に応じて形成される。

配線１２１０は、ソース側駆動回路１２０１およびゲート側駆動回路１２０３に入力される信号などを伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１２０８が接続される。液晶モジュールには、ＦＰＣ１２０８のみを取り付けた形態と、ＦＰＣ１２０８およびＰＷＢ双方を取り付けた形態、双方を含む。

図２６の液晶モジュールは、第１の基板１２００と半導体素子とを有する液晶モジュール用基板と、第２の基板１２３０を基材とする対向基板と、シール材１２０５と、液晶１２４０と、ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１２０８とを有し、撓めることが可能である。

対向基板は、第２の基板１２３０上に、カラーフィルタ１２３１およびブラックマトリクス（ＢＭ）１２３２、対向電極１２３３、配向膜１２３４が形成されている。カラーフィルタ１２３１は第１の基板１２００側に設けることもできる。また、対向電極１２３３を画素部１２０２に設けて、ＩＰＳ方式の液晶モジュールを構成することができる。

第１の基板１２００に対向して、第２の基板１２３０がシール材１２０５により固定され、第１の基板１２００と第１の基板１２０４の間に、シール材１２０５によって、液晶２４０が封入されている。

図２６では、駆動回路部１２０１、１２０３を画素部１２０２と共に第１の基板１２００上に形成する例を示したが、画素部１２０２のみを本発明の結晶性珪素膜を用いて第１の基板１２００上に形成し、駆動回路１２０１、１２０３は、珪素ウエハを用いたＩＣチップで構成し、ＣＯＧ法やＴＡＢ法により、第１の基板１２００上の画素部１２０２と電気的に接続する構成とすることもできる。

図２７を用いて、本発明の半導体装置として、アクティブマトリクス型のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）モジュールの構成例を説明する。図２７（Ａ）は、ＥＬモジュールの正面図であり、図２７（Ｂ）は図２７（Ａ）中のＡ−Ａ’で切断した断面図である。

図２７に示すＥＬモジュールは、第１の基板３０１第２の基板１３０６、およびシール材１３０５によって、半導体素子および発光素子を封止した構造になっている。第１の基板１３０１上に画素部１３０２、信号線駆動回路１３０３と走査線駆動回路１３０４が形成され、ＥＬモジュール用基板が構成される。薄膜トランジスタに本発明の方法で結晶化された結晶性半導体膜を用いることで、高性能で低電圧駆動が可能なＥＬモジュールを作製することができる。

シール材１３０５と第１の基板１３０６とによってＥＬモジュール用基板を封止することでＥＬモジュールが構成される。ＥＬモジュール用基板とシール材１３０５と第２の基板１３０６で密閉された空間には充填材１３０７が充填されている。充填材１３０７には、窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができる。

画素部１３０２、信号線駆動回路１３０３および走査線駆動回路１３０４とは薄膜トランジスタを複数有する、図２７（Ｂ）には、信号線駆動回路１３０３に含まれる薄膜トランジスタ１３０８と、画素部１３０２に含まれる薄膜トランジスタ１３１０のみ図示している。画素部１３０２は発光素子１３１１を有し、発光素子１３１１は、薄膜トランジスタ１３１０に電気的に接続されている。

引き回し配線１３１４はＥＬモジュールの外部から信号や電源を供給するための配線である。引き回し配線１３１４は、引き回し配線１３１５ｂ、引き回し配線１３１５ａを介して２層構造の接続端子１３１６と接続されている。接続端子１３１６はフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）１３１８の端子と異方性導電膜１３１９により電気的に接続されている。

本発明の半導体装置は、実施例３で説明した液晶モジュールや、実施例４のＥＬモジュールを表示部に具備した電子機器を含むものである。以下、液晶モジュールとＥＬモジュールをまとめて「表示モジュール」とよぶ。このような電子機器として、コンピュータ用のモニタ、テレビジョン装置（単にテレビ、また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、携帯電話装置（単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ）およびＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯情報端末、ノート型コンピュータ、カーオーディオ、ナビゲーションシステム、デジタル音楽プレーヤ、携帯型ＤＶＤ再生装置、携帯型ゲーム機、業務用ゲーム機等が挙げられる。電子機器の具体例について、図２８を参照して説明する。

図２８（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、実施例３または４に記載のモジュールを適用することにより、高精細な表示が可能で、低消費電力の帯情報端末を提供することができる。

図２８（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、実施例３または４に記載のモジュールを適用することにより、高精細な表示が可能で、低消費電力のデジタルビデオカメラを提供することができる。

図２８（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、実施例３または４に記載のモジュールを適用することにより、高精細な表示が可能で、低消費電力の携帯端末を提供することができる。

図２８（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、実施例３または４に記載のモジュールを適用することにより、高精細な表示が可能で、低消費電力の携帯型のテレビジョン装置を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２８（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、実施例３または４に記載のモジュールを適用することにより、高画質な表示が可能で、低消費電力の携帯型のコンピュータを提供することができる。

図２８（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、実施例３または４に記載のモジュールを適用することにより、高精細な表示が可能で、低消費電力のテレビジョン装置を提供することができる。

ミラーとして機能する構造体を用いた結晶化方法を説明する断面図である。図２のｘ−ｘ’断面図である。 ミラーとして機能する構造体を用いた結晶化方法を説明する上面図である。 ミラーとして機能する構造体を用いた結晶化方法を説明する断面図である プリズムとして機能する構造体を用いた結晶化方法を説明する断面図である 側面を有する半導体膜を絶縁表面上に形成する方法を説明する断面図である。 ミラーとして機能する構造体と側面を有する半導体膜を絶縁表面上に形成する方法を説明する断面図である。 ミラーとして機能する構造体を用いて、結晶性半導体膜を形成するための方法を説明する断面図である。 ミラーとして機能する構造体と側面を有する半導体膜を絶縁表面上に形成する方法を説明する断面図である。 プリズムとして機能する構造体を絶縁表面上に形成する方法を説明する断面図である。 プリズムとして機能する構造体を用いて、結晶性半導体膜を形成するための方法を説明する断面図である。 トランジスタを形成する方法を説明するための図であり、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’で切った断面図である。（Ｃ）は、（Ａ）のＣ−Ｃ’で切った、薄膜トランジスタの断面図である。 図１１（Ａ）のＣ−Ｃ’で切った、薄膜トランジスタの断面図である。 トランジスタを形成する方法を説明するための図である。 トランジスタを形成する方法を説明するための図である。 波長５３２ｎｍの光に対する非晶質珪素膜の反射率、透過率および吸収率のグラフである。 不揮発性メモリ素子を形成する方法を説明するための図である。 不揮発性メモリ素子を形成する方法を説明するための図である。 無線通信機能を有する半導体装置のブロック図である。 無線通信機能を有する半導体装置の作製方法を説明するための図である。 無線通信機能を有する半導体装置の作製方法を説明するための図である。 無線通信機能を有する半導体装置の作製方法を説明するための図である。 無線通信機能を有する半導体装置の作製方法を説明するための図である。 無線通信機能を有する半導体装置の作製方法を説明するための図である。 無線通信機能を有する半導体装置の作製方法を説明するための図である。 無線通信機能を有する半導体装置の使用方法を説明するための図である。 液晶モジュールの構成例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。 ＥＬモジュールの構成例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。 液晶モジュールまたはＥＬモジュールを表示部に具備する半導体装置の外観図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ 絶縁膜
１２ 側面を有する半導体膜
１２ａ側面
１３ ミラーとして機能する構造体（テーパ部を有する構造体）
１３ａ 反射面
１３ｂ テーパー部
１４ レーザビーム
１５ 結晶性半導体
１６ 絶縁膜
３１プリズムとして機能する構造体（逆テーパ部を有する構造体）
２０１ 基板
２０２ 絶縁膜
２０４ 島状半導体膜
２０５ 絶縁膜
２０６ マスク絶縁膜
２０７ 金属膜
２０８ 構造体
２０９ レーザビーム
２１０ 結晶性半導体膜
２１１ 絶縁膜
２１３ 構造体
２１４ マスク絶縁膜
２１５ 金属膜
２１６ 金属膜
２２６ 絶縁膜
２２７ レジストマスク
２２８ 構造体
４０１ 基板
４０２ 絶縁膜
４０４ 島状半導体膜
４０８ 構造体
４１０ 島状結晶性半導体膜
４１２ ゲート絶縁膜
４１３ ゲート電極
４１４ 層間絶縁膜
４１５ 電極
４２８ 構造体
４３４ 島状半導体膜
４３８ 構造体

Claims (12)

1. 側面を有する半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を形成し、
   前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射して、前記半導体膜を結晶化する方法であり、
   前記レーザビームを前記構造体の反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
2. 側面を有する半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を形成し、
   前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射して、前記半導体膜を結晶化する方法であり、
   前記構造体はテーパ部を有し、前記テーパ部の傾斜面に前記反射面を形成し、
   前記レーザビームを前記構造体の反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
3. 側面を有する半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を形成し、
   前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射して、前記半導体膜を結晶化する方法であり、
   前記構造体は逆テーパ部を有し、前記逆テーパ部の傾斜面に前記反射面を形成し、
   前記レーザビームを前記構造体の反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
4. 側面を有し、側面を有し、絶縁膜に表面が覆われた半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を、それぞれ、絶縁表面に接して形成し、
   半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を絶縁表面上に形成し、
   前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射して、表面が前記絶縁膜に覆われた状態で前記半導体膜を結晶化する方法であり、
   前記レーザビームを前記反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項において、
   厚さが４０ｎｍ以下の半導体膜を結晶化することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項において、
   前記レーザビームは、連続発振レーザ、疑似連続発振レーザまたは発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振レーザから射出されたビームであることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
7. 側面を有する半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を形成し、
   前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射することで、前記半導体膜を結晶化し、結晶性半導体膜を形成し、
   前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
   前記レーザビームを前記反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 側面を有する半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を形成し、
   前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射することで、前記半導体膜を結晶化し、結晶性半導体膜を形成し、
   前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
   前記構造体はテーパ部を有し、前記テーパ部の傾斜面に前記反射面を形成し、
   前記レーザビームを前記構造体の反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 側面を有する半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を形成し、
   前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射することで、前記半導体膜を結晶化し、結晶性半導体膜を形成し、
   前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
   前記構造体は逆テーパ部を有し、前記逆テーパ部の傾斜面に前記反射面を形成し、
   前記レーザビームを前記構造体の反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 側面を有し、絶縁膜に表面が覆われた半導体膜、および前記半導体膜の側面に対向する反射面を有する構造体を形成し、
    半導体膜、および前記半導体膜の側面に向かい合う反射面を有する構造体を絶縁表面上に形成し、
    前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射することで、表面が前記絶縁膜に覆われた状態で前記半導体膜を結晶化し、 前記半導体膜および前記構造体の上方からレーザビームを照射することで、前記半導体膜を結晶化して、結晶性半導体膜を形成し、
    前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する半導体素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
    前記レーザビームを前記反射面で反射させて、前記側面から前記半導体膜に入射させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
11. 請求項７乃至１０のいずれか１項において、
    厚さが４０ｎｍ以下の半導体膜を結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
12. 請求項７乃至１１のいずれか１項において、
    前記レーザビームは、連続発振レーザ、疑似連続発振レーザまたは発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振レーザから射出されたビームであることを特徴とする半導体装置の作製方法。

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