JP4312466B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶構造を有する半導体膜を用いて形成される半導体装置及びその作製方法に係り、絶縁表面上に形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域を含む島状の半導体領域を形成した電界効果型トランジスタ、特に薄膜トランジスタを含む半導体装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【０００３】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。そしてガラス等による絶縁基板上に非晶質珪素膜を形成し、レーザ処理により結晶化させる技術が知られている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合において、半導体膜の結晶化にレーザアニールを用いることは、ガラス基板の熱変形を避けるのに非常に有効である。その結晶性珪素膜を用いて作製される薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）は、例えば、液晶表示装置等に応用されている。
【０００４】
レーザアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００５】
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる技術、結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）の結晶性を向上させる技術等を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザ発振装置は、エキシマレーザに代表される気体レーザ発振装置、ＹＡＧレーザに代表される固体レーザ発振装置であり、レーザ光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００６】
レーザ光の照射による非晶質半導体膜の結晶化の一例は、下記特許文献１で開示されているように、レーザ光の走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として高速走査により非晶質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化するものや、下記特許文献２には島状に形成された半導体領域に、引き延ばされたレーザ光を照射して実質に単結晶領域を形成する技術が開示されている。或いは下記特許文献３に開示のレーザ処理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射する方法が知られている。
【０００７】
さらに、下記特許文献４に開示されているようにＮｄ：ＹＶＯ4レーザなど固体レーザ発振装置を用いて、その第２高調波であるレーザ光を非晶質半導体膜に照射して、従来に比べ結晶粒径の大きい結晶性半導体膜を形成し、ＴＦＴを作製する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６２−１０４１１７号公報（第９２頁）
【０００９】
【特許文献２】
米国特許4,330,363号明細書（Ｆｉｇ.４）
【００１０】
【特許文献３】
特開平８−１９５３５７号公報（第３−４頁、第１−５図）
【００１１】
【特許文献４】
特開２００１−１４４０２７号公報（第４頁）
【００１２】
絶縁表面上に単結晶半導体膜を形成する試みは古くから成され、より積極的な試みとしてグラフォエピタキシー（graphoepitaxy）という技術が考案されている。グラフォエピタキシーは石英基板の表面に段差を形成し、この上に非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜を形成してから、レーザービームやヒーターで加熱させ、石英基板上に形成された段差形状を核として、エピタキシャル的な成長層を形成するという技術である。この技術は例えば非特許文献１等に開示されている。
【００１３】
【非特許文献１】
J. Vac. Sci. Technol.,"Grapho-epitaxy of silicon on fused silica using surface micropatterns and laser crystallization", 16(6),1979,pp1640-1643.
【００１４】
また、例えば非特許文献２にも、グラフォエピタキシーと呼ばれる半導体膜の結晶化技術について開示されている。これは人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。上記非特許文献３には、グラフォエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。
【００１５】
【非特許文献２】
M. W. Geis, et al.,"CRYSTALLINE SILICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY" Technical Digest of International Electron Devices Meeting, 1979, pp.210.
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザは出力エネルギーが比較的高いため、レーザビームの大きさを数ｃｍ2以上として量産性を上げることができる。特に、レーザビームの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザ光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザを用いるのが主流となりつつあった。
【００１７】
しかし近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザよりも連続発振のレーザを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザはにわかに脚光を浴び始めている。
【００１８】
パルス発振と連続発振とに大別されるレーザアニール法を用いて作製される結晶性半導体膜は、一般的に複数の結晶粒が集合して形成される。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶性半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶性半導体膜を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の界面（粒界）が存在することがある。
【００１９】
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性が低下することが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチャネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、また粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のＴＦＴにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
【００２０】
半導体膜にレーザ光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、以下の理由による。レーザ光の照射によって完全溶融した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核からそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさはランダムなものとなる。
【００２１】
よって、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、粒界の影響を排除して単一の結晶粒で形成することが理想的であるが、粒界の存在しない結晶質珪素膜をレーザアニール法で形成するのは殆ど不可能であった。そのためレーザアニール法を用いて結晶化された結晶質珪素膜を活性層とするＴＦＴで、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは、今日まで得られていない。
【００２２】
欠陥や結晶粒界又は結晶亜粒界が少なく、且つ、配向の揃った高品質の結晶性半導体膜を絶縁表面上に形成するためには、帯域溶融法などとして知られているように単結晶基板上の半導体膜を高温に加熱して溶融状態としてから再結晶化する方法が主流であった。
【００２３】
公知のグラフォエピタキシー技術のように下地の段差を利用しているので、その段差に沿って結晶が成長し、形成された単結晶半導体膜の表面にその段差が残ることが問題であると考えられている。さらに、歪み点が比較的低いガラス基板上にグラフォエピタキシーを用いて単結晶半導体膜を形成することは出来なかった。
【００２４】
いずれにしても、結晶化によって起こる半導体の体積収縮、下地との熱応力や格子不整合などによる欠陥、結晶粒界又は亜粒界の存在しない結晶性半導体膜を形成することは出来なかった。よって、張り合わせＳＯＩ(Silicon on Insulator)を省いては、絶縁表面上に形成され、結晶化又は再結晶化された結晶性半導体膜をもって、単結晶基板に形成されるＭＯＳトランジスタと同等の品質を得ることはできなかった。
【００２５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、絶縁表面上に、少なくともチャネル長方向と交差する結晶粒界又は結晶亜粒界が可能な限り存在しない結晶性半導体膜を形成し、高速で電流駆動能力の高い半導体素子により構成される半導体装置の提供を課題とする。
【００２６】
またＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぎ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができるレーザ結晶化法を用いた、半導体装置の作製方法及び該作製方法を用いて作製された半導体装置の提供を課題とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、凹凸を有する絶縁膜上に半導体膜を形成し、該半導体膜にレーザ光を照射すると、結晶化された半導体膜の、絶縁膜の凸部上に位置する部分において選択的に粒界が形成されることを見出した。
【００２８】
図１９に、凹凸を有する絶縁膜上に形成された２００ｎｍの非単結晶半導体膜に、連続発振のレーザ光を走査速度が５ｃｍ／ｓｅｃとなるように照射したときの、レーザ光の走査方向と垂直な方向におけるＴＥＭの断面像を示す。図１９（Ａ）において、８００１及び８００２は絶縁膜に形成された凸部である。そして結晶化された半導体膜８００４は、凸部８００１、８００２の上部において粒界８００３を有している。
【００２９】
図１９（Ｂ）に、図１９（Ａ）に示したＴＥＭの断面像を模式的に図示する。図１９（Ｂ）に示すとおり、凸部８００１、８００２の上部において粒界８００３が形成されている。本発明者らは、これはレーザ光の照射により一次的に半導体膜が溶融することで、絶縁膜の上部に位置していた半導体膜が凹部の底部方向に向かって体積移動し、そのため凸部の上に位置する半導体膜が薄くなり、応力に耐えられなくて粒界が生じたのではないかと考えた。そして、このように結晶化された半導体膜は、凸部の上部において粒界が選択的に形成される一方、凹部（点線で示す領域）８００１、８００２に位置する部分には粒界が形成されにくい。なお凹部は、凸部が形成されていない窪んだ領域を指す。
【００３０】
そこで本発明者らは、意図的に該半導体膜に応力が集中的にかかる部分を形成することで、粒界が形成される位置を選択的に定めることができるのではないかと考えた。本発明では、基板上に凹凸を設けた絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に半導体膜を形成することで、レーザ光による結晶化の際に、該半導体膜に応力が集中的にかかる部分を選択的に形成する。具体的には、該半導体膜に凹凸を設ける。そして、該半導体膜に形成された凹凸の長手方向に沿って、連続発振のレーザ光を照射する。なおこのとき、連続発振のレーザ光を用いるのが最も好ましいが、パルス発振のレーザ光を用いても良い。なおレーザ光の走査方向に対して垂直な方向における凸部の断面は、矩形、三角形または台形であっても良い。
【００３１】
上記構成により、レーザ光の照射による結晶化の際、半導体膜の凸部上において粒界が選択的に形成される。そして絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜は比較的粒界が形成されにくい、絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜は結晶性が優れているが、必ずしも粒界を含まないわけではない。しかし、たとえ粒界が存在したとしても絶縁膜の凸部上に位置する半導体膜に比較すると、その結晶粒は大きく、結晶性が比較的優れたものと言える。よって、絶縁膜の形状を設計した段階で、半導体膜の粒界の形成される位置をある程度予測することができる。つまり本発明では粒界が形成される位置を選択的に定めることができるので、活性層、より望ましくはチャネル形成領域に粒界がなるべく含まれないように、活性層をレイアウトすることが可能になる。
【００３２】
本発明では、絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００３３】
また上記問題点を解決するために本発明は、絶縁表面を有する基板上に開口部が設けられた絶縁膜を形成し、絶縁膜及び該開口部に非単結晶半導体膜を形成し、非単結晶半導体膜を溶融して結晶化又は再結晶化することにより、その開口部を充填する形態で結晶性半導体膜を形成するものであり、該開口部を充填する結晶性半導体膜とゲート電極とがゲート絶縁膜を介して重畳するように形成する各段階を有することを特徴とするものである。
【００３４】
当該開口部は絶縁基板の表面をエッチング処理して形成しても良いし、酸化珪素、窒化珪素、又は酸窒化珪素膜等を用い、それをエッチング処理して開口部を形成しても良い。開口部は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域を含む島状の半導体領域の配置に合わせて形成されるべきものであり、少なくともチャネル形成領域に合致するように形成されていることが望ましい。
【００３５】
非単結晶半導体膜は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法で形成される非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜、或いは、固相成長により形成された多結晶半導体膜などが適用される。尚、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭義の意味で完全な非晶質構造を有するものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００３６】
非単結晶半導体膜を溶融して結晶化させる手段としては、気体レーザ発振装置、固体レーザ発振装置を光源とするパルス発振又は連続発振レーザ光を適用する。照射するレーザ光は光学系にて線状に集光されたものであり、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、光源として用いるレーザ発振装置は、矩形ビーム固体レーザ発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザ発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザ発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。スラブレーザでは、この板状のレーザ媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。
【００３７】
また、それに準ずる強光を照射しても良い。例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、エキシマランプから放射される光を反射鏡やレンズ等により集光したエネルギー密度の高い光であっても良い。
【００３８】
線状に集光及び拡張されたレーザ光又は強光は非単結晶半導体膜に照射し、かつ、レーザ光の照射位置と単結晶半導体膜が形成された基板とを相対的に動かして、レーザ光が一部又は全面を走査することにより非単結晶半導体膜の溶融と結晶化又は再結晶化が成される。レーザ光の走査方向は、開口部の長手方向又はチャネル長方向に沿って行うのが望ましい。これによりレーザ光の走査方向に沿って結晶が成長し、結晶粒界又は結晶亜粒界がチャネル長方向と交差することを防ぐことができる。しかし本発明は必ずしもこれに限定されない。
【００３９】
上記の如く作製される本発明の半導体装置は、絶縁表面を有する基板上に開口部が形成された絶縁膜が設けられ、基板上に形成された結晶性半導体膜は前記開口部を充填する領域を有し、当該充填領域にチャネル形成領域が備えられていることを特徴としている。
【００４０】
また他の構成は、絶縁表面を有する基板上にチャネル長方向に延在する開口部が形成された絶縁膜が設けられ、基板上に形成された結晶性半導体膜は前記開口部を充填する領域を有し、当該充填領域にチャネル形成領域が備えられていて、開口部は前記結晶性半導体膜と同じかそれ以上の深さを有していることを特徴としている。
【００４１】
また他の構成は、絶縁表面に形成された矩形又は帯状に延在する開口部に結晶性半導体が設けられていて、結晶性半導体とゲート電極とがゲート絶縁膜を介して重畳していることを特徴としている。
【００４２】
また他の構成は、絶縁表面に形成されたチャネル長方向に延在する開口部に結晶性半導体が設けられていて、結晶性半導体とゲート電極とがゲート絶縁膜を介して重畳していることを特徴としている。
【００４３】
開口部の深さを半導体膜の厚さと同程度かそれ以上とすることにより、レーザ光又は強光の照射により溶融した半導体が表面張力により開口部（即ち凹部）に凝集して固化する。その結果、凸部にある半導体膜の厚さは薄くなり、そこに応力歪みを集中させることができる。また開口部の側面は結晶方位をある程度規定する効力を持つ。開口部の側面の角度は基板表面に対して５〜１２０度、好ましくは８０〜１００度で形成する。
【００４４】
半導体膜がレーザ光又は強光の照射により溶融した後、固化を開始するのは開口部の底面と側面とが交わる領域からであり、ここから結晶成長が始まる。例えば、図１７に示すように絶縁膜（１）と絶縁膜（２）により段差形状が形成された系においてＡ〜Ｄ点における熱解析シミュレーションを行った結果、図１８のような特性が得られている。熱の逃げる場所として▲１▼直下の絶縁膜（２）と側面に存在する絶縁膜（１）の両方があるため、Ｂ点が最も早く温度が下がることになる。以降、Ａ点、Ｃ点、Ｄ点の順である。このシミュレーション結果は側壁の角度が４５度の場合であるが、９０度の場合にも定性的には同様な現象が考えられる。
【００４５】
即ち、半導体膜を一旦溶融状態とし、表面張力により絶縁表面上に形成した開口部に凝集させ、開口部の底部と側壁の概略交点から結晶成長させることにより結晶化に伴い発生する歪みを開口部以外の領域に集中させることができる。即ち、開口部に充填されるように形成した結晶性半導体膜においては歪みから開放することができる。
【００４６】
なお、レーザ光のレーザビームのエッジの近傍は、中央付近に比べて一般的にエネルギー密度が低く、半導体膜の結晶性も劣る場合が多い。そのためレーザ光を走査する際に、後にＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、その軌跡のエッジとが重ならないようにするのが望ましい。
【００４７】
そこで本発明では、まず設計の段階で得られた、基板上面から見た絶縁膜または半導体膜の形状のデータ（パターン情報）を記憶手段に記憶する。そしてそのパターン情報と、レーザ光のレーザビームの走査方向と垂直な方向における幅とから、少なくともＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、レーザ光の軌跡のエッジとが重ならないように、レーザ光の走査経路を決定する。そして、マーカーを基準として基板の位置を合わせ、決定された走査経路にしたがってレーザ光を基板上の半導体膜に対して照射する。
【００４８】
上記構成により、基板全体にレーザ光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分にのみレーザ光を走査するようにすることができる。よって、不必要な部分にレーザ光を照射するための時間を省くことができ、よって、レーザ光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。また不必要な部分にレーザ光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことができる。
【００４９】
なお、マーカーは、基板を直接レーザ光等によりエッチングすることで形成しても良いし、凹凸を有する絶縁膜を形成する際に、同時に絶縁膜の一部にマーカーを形成するようにしても良い。また、実際に形成された絶縁膜または半導体膜の形状をＣＣＤ等の撮像素子を用いて読み取り、データとして第１の記憶手段に記憶し、第２の記憶手段に設計の段階で得られた絶縁膜または半導体膜のパターン情報を記憶し、第１の記憶手段に記憶されているデータと、第２の記憶手段に記憶されているパターン情報とを照合することで、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【００５０】
絶縁膜の一部にマーカーを形成したり、絶縁膜の形状をマーカーとして用いることで、マーカー用のマスクを１枚減らすことができ、なおかつ基板にレーザ光で形成するよりも、正確な位置にマーカーを形成することができ、位置合わせの精度を向上させることができる。
【００５１】
なお、レーザ光のエネルギー密度は、一般的には完全に均一ではなく、レーザビーム内の位置によりその高さが変わる。本発明では、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に、一定のエネルギー密度のレーザ光を照射することが必要である。よって本発明では、レーザ光の走査により、均一なエネルギー密度を有する領域が、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体と完全に重なるような、エネルギー密度の分布を有するレーザビームを用いることが必要である。上記エネルギー密度の条件を満たすためには、レーザビームの形状を、矩形または線形等にすることが望ましいと考えられる。
【００５２】
さらにスリットを介し、レーザビームのうちエネルギー密度の低い部分を遮蔽するようにしても良い。スリットを用いることで、比較的均一なエネルギー密度のレーザ光を凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設けることで、絶縁膜または半導体膜のパターン情報によって部分的にレーザビームの幅を変えることができ、チャネル形成領域、さらにはＴＦＴの活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。なおレーザビームの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるレーザビームの長さを意味する。
【００５３】
また複数のレーザ発振装置から発振されたレーザ光を合成することで得られた１つのレーザビームを、レーザ結晶化に用いても良い。上記構成により、各レーザ光のエネルギー密度の低い部分を補い合うことができる。
【００５４】
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように（例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザ光の照射を行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含まれるボロン等が、レーザ光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐことができる。
【００５５】
なお、従来のグラフォエピタキシー（graphoepitaxy）と呼ばれる半導体膜の結晶化技術は、人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。このグラフォエピタキシーに関する技術は、上記非特許文献２等に記載されている。上記論文等には、グラフォエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザ光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。しかし、エピタキシャル成長に必要な温度は、少なくとも７００℃程度は必要であり、ガラス基板上においてエピタキシャル成長を行おうとすると、絶縁膜の凹部または凸部のエッジ近傍において半導体膜に粒界が形成されてしまう。本発明では、アイランドのマスクをレイアウトして、該アイランドとなる部分における結晶性を高められるように、絶縁膜の凹部または凸部の形状及びエッジの位置を、アイランドのレイアウトに合わせて設計する。具体的には凹部または凸部のエッジ及び凹部または凸部のエッジ間の中央付近と、アイランドとが重ならないように、凹部または凸部の形状、サイズ等を定める。そしてアイランドのレイアウトに合わせて設計された絶縁膜を用い、意図的に粒界の位置を選択的に定める。そして該半導体膜の選択的に形成された粒界の存在する部分をパターニングにより除去し、結晶性の比較的優れている部分をアイランドとして用いる。よって本発明において開示する技術は、従来のグラフォエピタキシーと、段差を設けた絶縁膜上に半導体膜を形成し、該段差を用いて半導体膜を結晶化させる点では一致しているが、従来のグラフォエピタキシーには段差を用いて粒界の位置を制御し、アイランド内の粒界を少なくするという概念は含まれておらず、本発明とは似て非なるものである。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様について説明する。図１において示す斜視図は、基板１０１上に第１絶縁膜１０２と帯状にパターン形成された第２絶縁膜１０３〜１０５が形成された形態を示している。ここでは、第２絶縁膜による帯状のパターンが３本示されているが、勿論その数に限定されることはない。基板は市販の無アルカリガラス基板、石英基板、サファイア基板、単結晶又は多結晶半導体基板の表面を絶縁膜で被覆した基板、金属基板の表面を絶縁膜で被覆した基板を適用することができる。
【００５７】
帯状に形成される第２絶縁膜の幅Ｗ１は０．１〜１０μm（好ましくは０．５〜１μm）隣接する第２絶縁膜の間隔Ｗ２は０．１〜５μm（好ましくは０．５〜１μm）であり、第２絶縁膜の厚さｄはその上に形成する非単結晶半導体膜の厚さと同程度かそれ以上の厚さをもって形成する。また、段差形状は規則的な周期パターンである必要はなく、ＴＦＴのチャネル形成領域を含む島状の半導体領域の配置及び形状に合わせて形成すれば良い。よって、第２絶縁膜の長さＬも限定はなく、例えばＴＦＴのチャネル形成領域を形成することができる程度の長さがあれば良い。
【００５８】
第１絶縁膜は、窒化珪素又は窒酸化珪素を用いて形成する。また、第２絶縁膜は酸化珪素又は酸窒化珪素を用いて形成する。酸化珪素はオルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合しプラズマＣＶＤ法で形成することができる。窒酸化珪素膜はＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ又は、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを原料として用いプラズマＣＶＤ法で形成することができる。
【００５９】
図１の形態であるように、開口部による凹凸形状を第１絶縁膜と第２絶縁膜により形成する場合には、エッチング加工における選択比を確保するために、第２絶縁膜のエッチング速度が相対的に早くなるように材料及び成膜条件を適宜調整することが望ましい。そして、第２絶縁膜で形成される開口部の側壁の角度は５〜１２０度、好ましくは８０〜１００度の範囲で適宜設定すれば良い。
【００６０】
図２で示すように、この第１絶縁膜１０２と第２絶縁膜１０３〜１０５から成る表面上および開口部を覆う非晶質半導体膜１０６を５０〜２００nmの厚さに形成する。非晶質半導体膜は、珪素、珪素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素の化合物又は合金を適用することができる。
【００６１】
そして、この非晶質半導体膜１０６に連続発振レーザ光を照射して結晶化を行う。適用されるレーザ光は光学系にて線状に集光及び拡張されたものであり、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、光源として用いるレーザ発振装置は、矩形ビーム固体レーザ発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザ発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザ発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。そして、図中に矢印で示すように、線状の長手方向に対し交差する方向に走査する。この時、下地絶縁膜に形成される帯状のパターンの長手方向と平行な方向に走査することが最も望ましい。尚、ここでいう線状とは、短手方向の長さに対し、長手方向の長さの比が１対１０以上のものをもって言う。
【００６２】
スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。スラブレーザでは、この板状のレーザ媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。
【００６３】
また、連続発振レーザ光の波長は、非晶質半導体膜の光吸収係数を考慮して４００〜７００nmであることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変換素子を用いて基本波の第２高調波、第３高調波を取り出すことで得られる。波長変換素子としてはＡＤＰ（リン酸二水素化アンモニウム）、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニオブ酸バリウムナトリウム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、Ｓｅ、Ｔｅ、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＫＢ５などが適用される。特にＬＢＯを用いることが望ましい。代表的な一例は、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザ発振装置（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。また、レーザの発振モードはＴＥＭ00モードであるシングルモードを適用する。
【００６４】
最も適した材料として選ばれる珪素の場合、吸収係数が１０3〜１０4cm-1である領域はほぼ可視光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪素により３０〜２００nmの厚さをもって形成される非晶質半導体膜を結晶化する場合、波長４００〜７００nmの可視光域の光を照射することで、当該半導体領域を選択的に加熱して、下地絶縁膜にダメージを与えずに結晶化を行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、波長５３２nmの光の侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される非晶質半導体膜１０６の内部まで十分達することができる。即ち、半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザ光の照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加熱することができる。
【００６５】
レーザ光の照射により溶融した半導体は、表面張力が働いて開口部（凹部）に集まる。それにより固化した状態では、図３で示すように表面がほぼ平坦になる。さらに結晶の成長端や結晶粒界又は結晶亜粒界は第２絶縁膜上（凸部上）に形成される（図中ハッチングで示す領域１１０）。こうして結晶性半導体膜１０７が形成される。
【００６６】
その後図４で示すように、結晶性半導体膜１０７をエッチングして島状の半導体領域１０８、１０９を形成する。この時、成長端や結晶粒界又は結晶亜粒界が集中する領域１１０をエッチング除去することにより良質な半導体領域のみ残すことができる。そして、この島状の半導体領域１０８、１０９の、特に開口部（凹部）を充填する結晶性半導体を使ってチャネル形成領域が位置せしめるようにゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する。このような各段階を経てＴＦＴを完成させることができる。
【００６７】
図５は第１絶縁膜１０２及び第２絶縁膜１０３〜１０５により形成される開口部の溝（段差）の深さ及び間隔と結晶成長の関係を模式的に説明する図である。尚、図５で示す長さに関する符号に関し、ｔ01：第２絶縁膜上（凸部）の非晶質半導体膜の厚さ、ｔ02：開口部（凹部）の非晶質半導体膜の厚さ、ｔ11：第２絶縁膜上（凸部）の結晶性半導体膜の厚さ、ｔ12：開口部（凹部）の結晶性半導体膜の厚さ、ｄ：第２絶縁膜の厚さ（開口部の深さ）、Ｗ1：第２絶縁膜の幅、Ｗ2：開口部の幅、である。
【００６８】
図５（Ａ）は、ｄ＜ｔ02、Ｗ1,Ｗ2≦１μmの場合であり、開口部の溝の深さが非晶質半導体膜１０６よりも小さい場合には、溶融結晶化の過程を経ても開口部に半導体が充填されることはなく結晶性半導体膜の表面が平坦化されることはない。即ち、結晶性半導体膜の下地の凹凸形状が概略保存されたまま残ってしまう。
【００６９】
図５（Ｂ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2≦１μmの場合であり、開口部の溝の深さが非晶質半導体膜１０６とほぼ等しいかそれより大きい場合には、表面張力が働いて開口部（凹部）に集まる。それにより固化した状態では、図５（Ｂ）で示すように表面がほぼ平坦になる。この場合、ｔ11＜ｔ12となり、膜厚が薄い部分１２０に応力が集中しここに歪みが蓄積され、また、結晶の成長端が形成されることになる。
【００７０】
図５（Ｃ）は、ｄ＞＞ｔ02、Ｗ1,Ｗ2≦１μmの場合であり、この場合は結晶性半導体膜１０７が開口部を充填するように形成され、第２絶縁膜上には殆ど残存しない。
【００７１】
図５（Ｄ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2＞１μmの場合であり、開口部の幅が広がると結晶性半導体膜が開口部を充填して平坦化の効果はあるものの、開口部の中央付近には結晶粒界や結晶亜粒界が発生してくる。また、第２絶縁膜上にも同様に応力が集中しここに歪みが蓄積され、また、結晶の成長端が形成される。これは、間隔が広がることで応力緩和の効果が低減するためであると推察される。
【００７２】
図５（Ｅ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2＞＞１μmの場合であり、図５（Ｄ）の状態がさらに顕在化してくる。
【００７３】
以上、図５を用いて説明したように、半導体素子を形成する場合、特にＴＦＴを形成する場合には、図５（Ｂ）の条件が最も適していると考えられる。
【００７４】
以上の説明において、結晶性半導体膜を形成する下地の凹凸形状は、第１絶縁膜と第２絶縁膜で形成する一例を示したが、ここで示す形態に限定されず同様な形状を有するものであれば良い。例えば、石英基板の表面に直接開口部を形成して凹凸形状を設けても良い。
【００７５】
図６は、結晶化に際し適用することのできるレーザ処理装置の構成の一例を示す。図６はレーザ発振装置３０１、シャッター３０２、高変換ミラー３０３〜３０６、スリット３０７、シリンドリカルレンズ３０８、３０９、載置台３１１、載置台３１１をＸ方向及びＹ方向に変位させる駆動手段３１２、３１３、当該駆動手段をコントロールする制御手段３１４、予め記憶されたプログラムに基づいてレーザ発振装置３０１や制御手段３１４に信号を送る情報処理手段３１５等から成っているレーザ処理装置の構成を正面図と側面図により示すものである。
【００７６】
シリンドリカルレンズ３０８、３０９により照射面の断面形状において線状に集光されるレーザ光は、載置台３１１上の基板３２０表面に対し斜めに入射させる。これは、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状の集光面を形成することができる。シリンドリカルレンズ３０８、３０９は合成石英製とすれば、高い透過率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、レーザ光の波長に対する透過率が９９％以上を実現するために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に限定されず、矩形状、楕円形又は長円形など任意な形状としても構わない。いずれにしても、短軸と長軸の比が、１対１０〜１対１００の範囲に含まれるものを指している。また、波長変換素子３１０は基本波に対する高調波を得るために備えられている。
【００７７】
上述の如く、レーザ発振装置は矩形ビーム固体レーザ発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ発振装置が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザ発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザ発振装置、固体レーザ発振装置を適用することもできる。連続発振固体レーザ発振装置としてはＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザ発振装置を適用する。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。より高い出力を得る為には、ダイオード励起の固体レーザ発振装置が適用され、カスケード接続されていても良い。
【００７８】
また、載置台３１１を駆動手段３１２、３１３により二軸方向に動かすことにより基板３２０のレーザ処理を可能としている。一方の方向への移動は基板３２０の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/sec、好ましくは５〜５０cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは線状ビームの長手方向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが可能となっている。レーザ発振装置３０１の発振と、載置台３１１は、マイクロプロセッサを搭載した情報処理手段３１５により同期して作動するようになっている。
【００７９】
載置台３１１は図中で示すＸ方向に直線運動をすることにより、固定された光学系から照射されるレーザ光で基板全面の処理を可能としている。位置検出手段３１６は基板３２０がレーザ光の照射位置にあることを検出して、その信号を情報処理手段３１５に伝送し、情報処理手段３１５によりレーザ発振装置３０１の発振動作とのタイミングを同期させている。つまり、基板３２０がレーザ光の照射位置にない時は、レーザの発振を止め、その寿命を延長させている。
【００８０】
このような構成のレーザ照射装置により基板３２０に照射されるレーザ光は、図中に示すＸ方向又はＹ方向に相対移動させることにより半導体膜の所望の領域または全面を処理することができる。
【００８１】
以上のように、非晶質半導体膜に連続発振レーザ光を照射する結晶化において、下地絶縁膜に段差形状を設けることにより、その部分に結晶化に伴う歪み又は応力を集中させることができ、活性層とする結晶性半導体にその歪み又は応力がかからないようにすることができる。歪み又は応力から開放された結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるようにＴＦＴを形成することにより、高速で電流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼性を向上させることも可能となる。
【００８２】
また、図２０を用いて、本発明で用いられるレーザ光の照射方法について説明する。
【００８３】
まず、図２０（Ａ）に示すように基板上に絶縁膜からなる第１の下地膜９１０１を形成する。そして、第１の下地膜９１０１上に矩形状の絶縁膜からなる第２の下地膜９１０２が形成され、第１及び第２の下地膜９１０１、９１０２を覆うように、第３の下地膜９１０３が形成されている。本実施の形態では、第１の下地膜９１０１として窒化珪素を用い、第２の下地膜９１０２として酸化珪素を用い、第３の絶縁膜９１０３として酸化珪素膜を用いた。なお第１乃至第３の下地膜９１０１〜９１０３の材料はこれに限定されず、後の工程における熱処理に耐え得る材料で、なおかつ後に形成される半導体膜に、ＴＦＴの特性に悪影響を与えうるアルカリ金属が混入するのを防ぐことができ、凹凸を形成することができる絶縁膜であれば良い。なおこの凹凸の形成の仕方については、後段において詳しく説明する。また、これらの他の絶縁膜を用いても良い。また２つ以上の膜の積層構造であってもよい。
【００８４】
そして図２０では第１乃至第３の下地膜を区別して示しているが、３つの下地膜を合わせて下地膜９１０４と総称する。なお、本実施の形態では３つの下地膜を使って凹凸を有する下地膜９１０４を形成しているが、本発明で用いる下地膜の構成はこれに限定されない。
【００８５】
このとき、下地膜９１０４と同時に、下地膜の一部を利用してマーカーを形成するようにしても良い。
【００８６】
基板（図示せず）は、後の工程の処理温度に耐えうる材質であれば良く、例えば石英基板、シリコン基板、バリウムホウケイ酸ガラスまたはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いることができる。また、処理温度に耐えうる程度に耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００８７】
次に、下地膜９１０４を覆うように、半導体膜９１０５を形成する。半導体膜９１０５は、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により成膜することができる。なお、半導体膜は非晶質半導体膜であっても良いし、微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。また珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。また、第３の下地膜９１０３を成膜した後、大気開放せずに連続的に成膜することで、半導体膜と下地膜との間に不純物が混入するのを防ぐことができる。
【００８８】
なお、下地膜９１０４の凸部の形状及びそのサイズついては、設計者が適宜設定することができるが、後に形成される半導体膜が凸部のエッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定する必要がある。
【００８９】
次に、図２０（Ｂ）に示すように、半導体膜９１０５にレーザ光を照射する。レーザ光の照射により、半導体膜９１０５は一次的に溶融し、白抜きの矢印で示したように、凸部の上部から凹部に向かってその体積が移動する。そして表面が平坦化され、なおかつ結晶性が高められた半導体膜（ＬＣ後）９１０６が形成される。レーザ光のエネルギー密度は、レーザビームのエッジの近傍において低くなっており、そのためエッジの近傍は結晶粒が小さく、結晶の粒界に沿って突起した部分（リッジ）が出現する。そのため、レーザ光のレーザビームの軌跡のエッジと、チャネル形成領域となる部分または半導体膜９１０５の凹部上に位置する部分とが重ならないように照射する。
【００９０】
なおレーザ光の走査方向は、下地膜９１０４の凸部の長手方向と平行になるように定める。
【００９１】
本発明では公知のレーザを用いることができる。レーザ光は連続発振であることが望ましいが、パルス発振であってもある程度本発明の効果を得ることができると考えられる。レーザは、気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザなどが挙げられる。固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザが適用される。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００９２】
またさらに、固体レーザから発せられらた赤外レーザ光を非線形光学素子でグリーンレーザ光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザ光を用いることもできる。
【００９３】
半導体膜（ＬＣ後）９１０６は、レーザ光の照射による体積移動により、下地膜９１０４の凹部上において膜厚が厚くなり、逆に凸部上において膜厚が薄くなっている。そのため応力によって凸部上に粒界９１４９が発生しやすく、逆に凹部上においてはほぼ結晶性の良い状態が得られる。なお、凹部上において半導体膜（ＬＣ後）９１０６が必ずしも粒界を含まないわけではない。しかし、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。
【００９４】
次に、半導体膜（ＬＣ後）９１０６の表面をエッチングしていき、下地膜９１０４の凸部上面を露出させる。なお本実施の形態では、下地膜９１０４の凸部上面を露出させるように、半導体膜（ＬＣ後）９１０６をエッチングする。そして、図２０（Ｃ）に示すように、下地膜９１０４の凹部に結晶性半導体膜（アイランド）９１０７が形成される。
【００９５】
上述した一連の工程によって得られたアイランドをＴＦＴの活性層、より望ましくはＴＦＴのチャネル形成領域として用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００９６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００９７】
（実施例１）
本実施例は、開口部を有する下地絶縁膜上に結晶性珪素膜を形成し、その開口部に充填された充填領域にチャネル形成領域が配設されるＴＦＴを作製する一例を示す。
【００９８】
図７において、ガラス基板６０１上に１００nmの窒酸化珪素膜でなる第１絶縁膜６０２を形成する。その上に酸化珪素膜を形成し、写真蝕刻により矩形状のパターンを有する第２絶縁膜６０３を形成する。酸化珪素膜はプラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．６W/cm2で放電させ１５０nmの厚さに堆積し、その後エッチングにより開口部６０４a、６０４ｂを形成する。
【００９９】
尚、図７において（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＡ−Ａ'線に対応する縦断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ'線に対応する縦断面図を示す。以降、図８〜図１２は同様の扱いとする。
【０１００】
そして図８で示すように第１絶縁膜６０２及び第２絶縁膜６０３を覆う非晶質珪素膜６０５を１５０nmの厚さで形成する。非晶質珪素膜６０５はプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4を原料気体として用い形成する。
【０１０１】
そして、図９で示すように連続発振レーザ光を照射して結晶化させる。結晶化の条件は、連続発振モードのＹＶＯ4レーザ発振器を用い、その第２高調波（波長５３２nm）の出力５．５Wを長手方向に４００μm、短手方向に５０〜１００μmに光学系にて長手方向に均一なエネルギー密度分布を有するように集光し、５０cm/secの速度で走査して結晶化させる。均一なエネルギー密度分布とは、完全に一定であるもの以外を排除することではなく、エネルギー密度分布において許容される範囲は±２０％である。このようなレーザ光の照射は、図６で示す構成のレーザ処理装置を適用することができる。光学系にて集光したレーザ光は、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良い。結晶化はこの強度分布が長手方向において均一な領域で成されるようにし、これによりレーザ光の走査方向と平行な方向に結晶成長する効力を高めることができる。
【０１０２】
この条件でレーザ光を照射することにより、非晶質珪素膜は瞬間的に溶融し溶融帯が移動しながら結晶化が進行する。溶融した珪素は表面張力が働いて開口部（凹部）に凝集し固化する。これにより、開口部６０４ａ、６０４ｂを充填する形態で結晶性半導体膜６０６が形成される。
【０１０３】
その後図１０に示すように、少なくとも開口部６０４ａ、６０４ｂに結晶性半導体膜が残存するようにマスクパターンを形成してエッチング処理を施し、チャネル形成領域を含む島状の半導体領域６０７、６０８を形成する。
【０１０４】
図１１は、半導体領域６０７、６０８の上層側にゲート絶縁膜６０９、ゲート電極６１０、６１１が形成された状態を示している。ゲート絶縁膜６０９は８０nmの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成すれば良い。ゲート電極６１０、６１１はタングステン又はタングステンを含有する合金で形成する。このような構造とすることにより、開口部６０４ａ、６０４ｂを充填する島状の半導体領域にチャネル形成領域を設けることができる。
【０１０５】
以降、ソース及びドレイン領域、低濃度ドレイン領域等を適宜形成すればＴＦＴを完成させることができる。
【０１０６】
（実施例２）
実施例１と同様な工程で形成されるものであるが、図１２で示すように、第２絶縁膜６０３に形成する開口部の形状を、細長い短冊状の領域とそれと連接する領域とで形成し、その開口部６０４ｃに合わせて結晶性珪素膜で成る島状の半導体領域６２０を形成し、ゲート絶縁膜６２１、ゲート電極６２２を形成することにより、シングルゲート・マルチチャネル型のＴＦＴを形成することができる。
【０１０７】
（実施例３）
実施例２において、第２絶縁膜を非晶質半導体膜の厚さよりも厚く形成し、例えば３５０nmで形成することで、図１３に示すように、結晶性半導体膜で形成される島状の半導体領域６２０を開口部６０４ｄに完全に埋め込むことができる。そして、ゲート絶縁膜６２１及びゲート電極６２２を同様に形成すればシングルゲート・マルチチャネル型のＴＦＴを形成することができる。
【０１０８】
（実施例４）
図１４はシングルゲート・マルチチャネル型のＴＦＴの他の一例を示している。基板６０１上に第１絶縁膜６０２、第２絶縁膜６０３、島状の半導体領域６３０、ゲート絶縁膜６３１、ゲート電極６３２は実施例１乃至３と同様に形成するものである。図１４において異なる部分は、第２絶縁膜６０３で形成される開口部６０４ｅの他に、島状の半導体領域６３０が形成された後において、チャネル形成領域が形成される当該半導体領域の周辺の第２絶縁膜を除去して第２の開口部６２５を形成している点にある。
【０１０９】
チャネル形成領域付近の形態を図１４（Ｄ）に拡大図として示すが、島状の半導体領域６３０の側面及び上面に接してゲート絶縁膜６３１が形成され、それを覆う形でゲート電極６３２が形成されることになり、この場合チャネル形成領域は半導体領域６３０の上部６３４と側面部６３５の両方に形成されることになる。これにより空乏化領域を増やすことができ、ＴＦＴの電流駆動能力を向上させることができる。
【０１１０】
（実施例５）
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例１乃至４に基づいて作製される表示パネルの形態を説明する。
【０１１１】
図１５において、基板９００には画素部９０２、ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃ、入力端子９３５、配線又は配線群９１７が備えられている。シールパターン９４０はゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子９３５とを接続する配線又は配線群９１７と一部が重なっていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部の周辺領域）の面積を縮小させることができる。入力端子９３５には、ＦＰＣ９３６が固着されている。
【０１１２】
さらに、本発明のＴＦＴを用いてマイクロプロセッサ、メモリ、又はメディアプロセッサ／ＤＳＰ(Digital Signal Processor)等が形成されたチップ９５０が実装されていても良い。これらの機能回路は、画素部９０２、ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃとは異なるデザインルールで形成されるものであり、具体的には１μm以下のデザインルールが適用される。実装の方法に限定はなくＣＯＧ方式等が適用されている。
【０１１３】
実施例１〜４で示すＴＦＴは画素部９０２のスイッチング素子として、さらにゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃを構成する能動素子として適用することができる。
【０１１４】
図１６は画素部９０２の一画素の構成を示す一例であり、ＴＦＴ８０１〜８０３が備えられている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動用のＴＦＴである。
【０１１５】
これらのＴＦＴのチャネル形成領域を含む島状の半導体領域８１２〜８１４は、その下層に形成されている下地絶縁膜の開口８０９〜８１１に合わせて形成されている。島状の半導体領域８１２〜８１４は実施例１〜５に基づいて形成することができる。島状の半導体領域８１２〜８１４の上層には、ゲート線８１５〜８１７が形成され、パッシベーション膜及び平坦化膜を介して信号線８１８、電源線８１９、その他各種配線８２０、８２１及び画素電極８２３が形成されている。
【０１１６】
このように、本発明は何ら影響を与えることなく表示パネルを完成させることができる。
【０１１７】
（実施例６）
本実施例では、本発明の半導体装置に用いられる、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有する、所謂マルチチャネル型のＴＦＴの作製工程について述べる。
【０１１８】
まず図２１（Ａ）に示すように、絶縁表面上に凸部を有する下地膜９１２０を形成する。なお、図２１（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図２１（Ｂ）に示し、図２１（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図を図２１（Ｃ）に示す。
【０１１９】
本実施例では、実施の形態において示したのと同じ構成を有する下地膜９１２０を用いる。下地膜９１２０は、３つの下地膜からなり、まず窒化珪素からなる第１の下地膜９１２１上に、矩形状の酸化珪素から成る第２の下地膜９１２２が形成されており、第１及び第２の下地膜９１２１、９１２２を覆うように、酸化珪素からなる第３の下地膜９１２３が形成されている。本実施例では、第１乃至第３の下地膜９１２１〜９１２３で下地膜９１２０が形成されている。そして下地膜９１２０の凸部９１２４は、矩形状の第２の絶縁膜９１２２と、第３の絶縁膜９１２３のうち第１の絶縁膜９１２１ではなく第２の絶縁膜９１２２に接している部分と、で構成されている。
【０１２０】
なお、凸部９１２４の形状及びそのサイズついては、設計者が適宜設定することができるが、後に形成される半導体膜が凸部９１２４のエッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定する必要がある。本実施例では凸部９１２４の高さを０．１〜１μｍ程度にする。
【０１２１】
なお、基板の歪がそのまま後に形成される下地膜の形状に影響を与えることになる。下地膜の歪は後に形成される半導体膜の結晶性の均一性を乱す原因になるので、基板の表面を、その歪の差が１０ｎｍ以下に抑えられるように化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）を用いて研磨したり、後の工程における加熱処理により基板が歪まないように、下地膜を形成する前に予め基板に加熱処理を施しておくと良い。
【０１２２】
そして、下地膜９１２０を覆って非晶質半導体膜９１２５を形成する。非単結晶半導体膜９１２５は、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により成膜することができる。本実施例ではプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの非単結晶半導体膜９１２５を成膜した。
【０１２３】
次に、図２２（Ａ）に示すように、非単結晶半導体膜９１２５にレーザ光を照射し、結晶化を行なう。なお、図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当する。本実施例では連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、５０ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で照射を行った。このとき、レーザ光の走査方向は、後に形成されるチャネル形成領域においてキャリアが移動する方向と同じ方向に揃える。本実施例では、白抜きの矢印で示したように、走査方向を矩形の凸部９１２４の長手方向に揃えてレーザ光を照射した。レーザ光の照射により、非単結晶半導体膜９１２５は溶融し、凸部９１２４上から凹部上に体積が移動し、結晶性半導体膜９１２６が形成される。
【０１２４】
次に、図２３（Ａ）に示すように結晶性半導体膜９１２６をパターニングすることで、サブアイランド９１２７を形成する。なお、図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当する。サブアイランド９１２７は、凸部９１２４間に形成される凹部上にその一部が存在する。目的とするマルチチャネル型ＴＦＴのチャネル形成領域は、結晶性半導体膜９１２６の凹部上に位置する部分を用いて形成されるので、そのチャネル形成領域の数、チャネル長、チャネル幅を考慮して、サブアイランド９１２７と凸部９１２４との位置関係を定めることが肝要である。
【０１２５】
次に、図２４（Ａ）に示すようにサブアイランド９１２７を上面から、下地膜９１２０の凸部９１２４の上面を露出させる程度に除去することで、アイランド９１２８を形成する。なお、図２４（Ｂ）は、図２４（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当する。サブアイランド９１２７の上面からの除去は、どのような方法を用いて行っても良く、例えばエッチングにより行っても良いし、ＣＭＰ法により行っても良い。
【０１２６】
このサブアイランド９１２７の上面からの除去により、凸部９１２４上の粒界が存在する部分が除去され、凸部９１２４間に相当する凹部の上には、粒界が殆ど存在しておらず、後にチャネル形成領域となる部分において結晶性に優れた半導体膜が残される。そして、図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すような、チャネル形成領域の部分のみ分離したスリット状のアイランド９１２８が形成される。なお、ソース領域またはドレイン領域となる部分はチャネル形成領域ほど半導体膜の結晶性によるＴＦＴの特性への影響が大きくない。そのため、ソース領域またはドレイン領域となる部分が、チャネル形成領域となる部分に比べて結晶性が芳しくなくても然程問題にはならない。
【０１２７】
次に、図２５（Ａ）に示すように、アイランド９１２８を用いてＴＦＴを作製する。なお、ＴＦＴの構造及びその作製方法は様々である。図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当し、図２５（Ｃ）は、図２５（Ａ）の破線Ｂ−Ｂ’における断面図に相当し、図２６（Ａ）は、図２５（Ａ）の破線Ｃ−Ｃ’における断面図に相当し、図２６（Ｂ）は、図２５（Ａ）の破線Ｄ−Ｄ’における断面図に相当する。
【０１２８】
アイランド９１２８が有するチャネル形成領域９１３０は、ゲート絶縁膜９１３１を間に挟んでゲート電極９１３２と重なっている。またチャネル形成領域９１３０は、同じくアイランド９１２８が有する２つの不純物領域９１３３に挟まれている。なお、２つの不純物領域９１３３はソース領域又はドレイン領域として機能する。
【０１２９】
そして、アイランド９１２８、ゲート絶縁膜９１３１及びゲート電極９１３２を覆って、第１の層間絶縁膜９１３４が形成されている。そして第１の層間絶縁膜９１３４を覆って、第２の層間絶縁膜９１３５が形成されている。なお、第１の層間絶縁膜９１３４は無機の絶縁膜であり、第２の層間絶縁膜９１３５が有する炭素等の不純物がアイランド９１２８に入るのを防ぐことができる。また第２の層間絶縁膜９１３５は有機樹脂膜であり、後に形成される配線が断線されないように、表面を平坦化する効果がある。
【０１３０】
そして、ゲート絶縁膜９１３１、第１の層間絶縁膜９１３４及び第２の層間絶縁膜９１３５に形成されたコンタクトホールを介して、不純物領域９１３３に接続された配線９１３６が、第２の層間絶縁膜９１３５上に形成されている。
【０１３１】
上記作製工程によって、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有するＴＦＴが完成する。このような構成にすることで、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【０１３２】
なお本発明において、ＴＦＴの構造は図２５に示したものに限定されない。また、チャネル形成領域の数は４つに限定されず、１つまたは４以外の数のチャネル形成領域を有していても良い。
【０１３３】
また、ＴＦＴの構造は上記構成に限定されず、例えば、図２７に示すような構成を有していても良い。図２７（Ａ）に示すＴＦＴは、２層の導電膜９１４０、９１４１からなるゲート電極を有している。該導電膜９１４０の上面及び導電膜９１４１の側面に接するように、絶縁膜からなるサイドウォール９１４２が形成されている。例えば導電膜９１４０としてＴａＮ、導電膜９１４１としてＷを用い、サイドウォール９１４２としてＳｉＯ2などを用いることができる。図２７（Ｂ）に示すＴＦＴは、２層の導電膜９１４４、９１４５からなるゲート電極を有している。該導電膜９１４４は不純物領域の一部と重なっている。
【０１３４】
なお、上記工程において、レーザ光の照射後または結晶質珪素膜を下地膜の凸部９１２４が露出する程度にエッチングした後において、５００〜６００℃で１分から６０分程度加熱することで、半導体膜内において生じている応力を緩和することができる。
【０１３５】
本発明では、絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。
【０１３６】
（実施例７）
本実施例では、実施例６とは工程順序が異なる、アイランドの作製方法について説明する。なお、各工程の詳しい説明については、実施例６を参照する。
【０１３７】
図２８（Ａ）に示すように、まず矩形状の凸部９３０１を有する下地膜を形成し、該下地膜上に非単結晶半導体膜９３０２を形成する。次に、該非単結晶半導体膜９３０２にレーザ光を照射し、結晶性半導体膜９３０３を形成する（図２８（Ｂ））。
【０１３８】
次に、結晶性半導体膜９３０３を、凸部９３０１の上面が露出する程度まで、その表面から一部を除去していく。なお、本実施例ではエッチングを用いて除去を行い、除去後の結晶性半導体膜をここでは結晶性半導体膜（エッチング後）９３０４とする（図２８（Ｃ））。
【０１３９】
次に、結晶性半導体膜（エッチング後）９３０４をパターニングし、アイランド９３０５を形成する（図２８（Ｄ））。
【０１４０】
なお、上記工程において、レーザ光の照射後、結晶性半導体膜を下地膜の凸部が露出する程度にエッチングした後またはアイランドを形成した後において、５００〜６００℃で１分から６０分程度加熱することで、半導体膜内において生じている応力を緩和することができる。
【０１４１】
上記工程によって、アイランドを形成する前に、結晶性半導体膜を下地膜の凸部が露出する程度にエッチングすることで、アイランドの端部及び側面が一部エッチングによって除去されてしまうのを防ぐことができる。
【０１４２】
（実施例８）
本実施例では、実施例６、７とは工程順序が異なる、アイランドの作製方法について説明する。なお、各工程の詳しい説明については、実施例６を参照する。
【０１４３】
図２９（Ａ）に示すように、まず矩形状の凸部９３１１を有する下地膜を形成し、該下地膜上に非単結晶半導体膜９３１２を形成する。
【０１４４】
次に、非単結晶半導体膜９３１２をパターニングし、サブアイランド９３１３を形成する（図２９（Ｂ））。
【０１４５】
次に、該サブアイランド９３１３にレーザ光を照射し、結晶化させる。本実施例では結晶化後のサブアイランドをサブアイランド（結晶化後）９３１４とする（図２９（Ｃ））。
【０１４６】
次に、サブアイランド（結晶化後）９３１４を、凸部９３１１の上面が露出する程度まで、その表面から一部を除去していく。なお、本実施例ではエッチングを用いて除去を行い、アイランド９３１５を形成する（図２９（Ｄ））。
【０１４７】
なお、上記工程において、レーザ光の照射後またはアイランドを形成した後において、５００〜６００℃で１分から６０分程度加熱することで、半導体膜内において生じている応力を緩和することができる。
【０１４８】
（実施例９）
本実施例では、複数の凸部を用いて、マルチチャネル型のＴＦＴと、チャネル形成領域を１つだけ有するシングルチャネル型のＴＦＴとを形成する例について説明する。
【０１４９】
図３０（Ａ）に、矩形状の複数の凸部９３３０を有する下地膜を示す。該下地膜上に形成されたアイランドを用いたＴＦＴを、図３０（Ｂ）に示す。図３０（Ｂ）では、４つのチャネル形成領域を有するマルチチャネル型ＴＦＴ９３３１と、２つのチャネル形成領域を有するマルチチャネル型ＴＦＴ９３３２と、シングルチャネル型ＴＦＴ９３３３とを有している。
【０１５０】
各ＴＦＴは、チャネル形成領域が凸部９３３０間に位置する凹部上に形成されている。より好ましくは、チャネル形成領域と、ＬＤＤ領域とが凸部９３３０間に位置する凹部上に形成されていることが望ましい。
【０１５１】
本実施例は、実施例６〜８と組み合わせて実施することが可能である。
【０１５２】
（実施例１０）
本実施例では、半導体膜の結晶化に際し、レーザ光の照射の工程と、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程とを組み合わせた例について説明する。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【０１５３】
まず図３１（Ａ）に示すように、凸部９３５０を有する下地膜９３５１上に、非単結晶半導体膜９３５２を成膜する。次に触媒元素を用いて非単結晶半導体膜９３５２を結晶化させる（図３１（Ｂ））。例えば特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を非単結晶半導体膜９３５２に塗布してニッケル含有層９３５３を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い、結晶性が高められた結晶性半導体膜９３５４を形成する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素を用いても良い。
【０１５４】
そして、レーザ光照射により、ＮｉＳＰＣにより結晶化された結晶性半導体膜（ＮｉＳＰＣ後）９３５４から、結晶性がさらに高められた結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５が形成される（図３１（Ｃ））。結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５は、レーザ光の照射の際に一次的に溶融し、凸部９３５０の上部から凹部に向かって体積移動し、表面が平坦化される。そして、凸部９３５０上においてその膜厚が薄くなっており、応力によって粒界９３５６ができやすくなっている。
【０１５５】
次に、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５中の触媒元素をゲッタリングする工程について説明する。なお本実施例ではゲッタリングをレーザ光の照射後に行なっているが、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５をエッチングしてから行っても良い。
【０１５６】
結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５に珪素を主成分とするバリア層９３５７を形成する（図３１（Ｄ））。なお、このバリア層９３５７は極薄いものでよく、自然酸化膜であってもよいし、酸素を含む雰囲気下において紫外線の照射によりオゾンを発生させて酸化させる酸化膜であってもよい。また、このバリア層９３５７として、炭素、即ち有機物の除去のために行われるヒドロ洗浄と呼ばれる表面処理に使用するオゾンを含む溶液で酸化させた酸化膜であってもよい。このバリア層９３５７は、主にエッチングストッパーとして用いるものである。また、このバリア層９３５７を形成した後、チャネルドープを行い、その後、強光を照射して活性化させてもよい。
【０１５７】
次いで、バリア層９３５７上にゲッタリング用の第１半導体膜９３５８を形成する。このゲッタリング用の第１半導体膜９３５８は非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。このゲッタリング用の第１半導体膜９３５８の膜厚は、５〜５０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍとする。ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８には、酸素（ＳＩＭＳ分析での濃度が５×１０18atoms/cm3以上、好ましくは１×１０19atoms/cm3以上）を含有させてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。
【０１５８】
次に、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８上に希ガス元素を含む第２の半導体膜（ゲッタリングサイト）９３５９を形成する。このゲッタリング用の第２半導体膜９３５９はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法を用いた非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。第２の半導体膜は、成膜段階で希ガス元素を含む半導体膜であってもよいし、希ガス元素を含んでいない半導体膜の成膜後に希ガス元素を添加してもよい。本実施例では成膜段階で希ガス元素を含むゲッタリング用の第２半導体膜９３５９を形成した後、さらに希ガス元素を選択的に添加してゲッタリング用の第２半導体膜９３５９を形成した例を示した。また、ゲッタリング用の第１半導体膜と第２半導体膜とを大気に触れることなく連続的に成膜してもよい。また、第１の半導体膜の膜厚と第２の半導体膜の膜厚との和は３０〜２００ｎｍ、例えば５０ｎｍとすればよい。
【０１５９】
本実施例は、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８によって、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５と第２の半導体膜９３５９との間隔を空けている。ゲッタリングの際、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５中に存在する金属等の不純物元素は、ゲッタリングサイトの境界付近に集まりやすい傾向があるため、本実施例のようにゲッタリング用の第１半導体膜９３５８によって、ゲッタリングサイトの境界を結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５から遠ざけてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。加えて、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８は、ゲッタリングの際、ゲッタリングサイトに含まれる不純物元素が拡散して第１の半導体膜の界面に達することがないようにブロッキングする効果も有している。また、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８は、希ガス元素を添加する場合、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５にダメージを与えないように保護する効果も有している。
【０１６０】
次いで、ゲッタリングを行う。ゲッタリングを行う工程としては、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、加熱したガスを噴射して基板を加熱するようにしても良い。この場合、６００℃〜８００℃、より望ましくは６５０℃〜７５０℃で１〜６０分加熱を行えば良く。時間を短縮化することができる。このゲッタリングにより、図３１（Ｄ）中の矢印に示したように第２半導体膜９３５９に不純物元素が移動し、バリア層９３５７で覆われた結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５に含まれる不純物元素の除去、または不純物元素の濃度の低減が行われる。このゲッタリングにより、含まれる不純物元素がほとんど存在しない、即ち膜中の不純物元素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、望ましくは１×１０17atoms/cm3以下になるような結晶性半導体膜（ゲッタリング後）９３６０が形成される。
【０１６１】
次いで、バリア層９３５７をエッチングストッパーとして、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８と、第２の半導体膜９３５９を選択的に除去する。
【０１６２】
そしてバリア層９３５７をエッチング条件を変えて除去した後、図３１（Ｅ）に示すように、凸部９３５０の上面を露出させる程度に結晶性半導体膜（ゲッタリング後）９３６０をエッチングし、エッチング後の結晶性半導体膜９３６１が凹部に形成される。
【０１６３】
なお、結晶化前の半導体膜に触媒元素を含む溶液を塗布した後に、ＳＰＣではなく、レーザ光の照射により結晶成長を行うようにしても良い。またゲッタリングは、特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いても良い。
【０１６４】
なお本実施例ではレーザ光を照射した後にゲッタリングを行っているが、本発明はこの構成に限定されない。図３１（Ｅ）のエッチングを行った後にゲッタリングをするようにしても良い。
【０１６５】
本実施例は、実施例６〜９と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６６】
（実施例１１）
次に、本発明において用いられるレーザ照射装置の構成について、図３２を用いて説明する。９１５１はレーザ発振装置である。図３２では４つのレーザ発振装置を用いているが、レーザ照射装置が有するレーザ発振装置はこの数に限定されない。
【０１６７】
なお、レーザ発振装置９１５１は、チラー９１５２を用いてその温度を一定に保つようにしても良い。チラー９１５２は必ずしも設ける必要はないが、レーザ発振装置９１５１の温度を一定に保つことで、出力されるレーザ光のエネルギーが温度によってばらつくのを抑えることができる。
【０１６８】
また９１５４は光学系であり、レーザ発振装置９１５１から出力された光路を変更したり、そのレーザビームの形状を加工したりして、レーザ光を集光することができる。さらに、図３２のレーザ照射装置では、光学系９１５４によって、複数のレーザ発振装置９１５１から出力されたレーザ光のレーザビームを互いに一部を重ね合わせることで、合成することができる。
【０１６９】
なお、レーザ光の進行方向を極短時間で変化させるＡＯ変調器９１５３を、被処理物である基板９１５６とレーザ発振装置９１５１との間の光路に設けても良い。また、ＡＯ変調器９１５３の代わりに、アテニュエイター（光量調整フィルタ）を設けて、レーザ光のエネルギー密度を調整するようにしても良い。
【０１７０】
また、被処理物である基板９１５６とレーザ発振装置９１５１との間の光路に、レーザ発振装置９１５１から出力されたレーザ光のエネルギー密度を測定する手段（エネルギー密度測定手段）９１６５を設け、測定したエネルギー密度の経時変化をコンピューター９１６０において監視するようにしても良い。この場合、レーザ光のエネルギー密度の減衰を補うように、レーザ発振装置９１５１からの出力を高めるようにしても良い。
【０１７１】
合成されたレーザビームは、スリット９１５５を介して被処理物である基板９１５６に照射される。スリット９１５５は、レーザ光を遮ることが可能であり、なおかつレーザ光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。そして、スリット９１５５はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅によってレーザビームの幅を変更することができる。
【０１７２】
なお、スリット９１５５を介さない場合の、レーザ発振装置９１５１から発振されるレーザ光の基板９１５６におけるレーザビームの形状は、レーザの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。
【０１７３】
基板９１５６はステージ９１５７上に載置されている。図３２では、位置制御手段９１５８、９１５９が、被処理物におけるレーザビームの位置を制御する手段に相当しており、ステージ９１５７の位置が、位置制御手段９１５８、９１５９によって制御されている。
【０１７４】
図３２では、位置制御手段９１５８がＸ方向におけるステージ９１５７の位置の制御を行っており、位置制御手段９１５９はＹ方向におけるステージ９１５７の位置制御を行う。
【０１７５】
また図３２のレーザ照射装置は、メモリ等の記憶手段及び中央演算処理装置を兼ね備えたコンピューター９１６０を有している。コンピューター９１６０は、レーザ発振装置９１５１の発振を制御し、レーザ光の走査経路を定め、なおかつレーザ光のレーザビームが定められた走査経路にしたがって走査されるように、位置制御手段９１５８、９１５９を制御し、基板を所定の位置に移動させることができる。
【０１７６】
なお図３２では、レーザビームの位置を、基板を移動させることで制御しているが、ガルバノミラー等の光学系を用いて移動させるようにしても良いし、その両方であってもよい。
【０１７７】
さらに図３２では、コンピューター９１６０によって、該スリット９１５５の幅を制御し、マスクのパターン情報に従ってレーザビームの幅を変更することができるようにしても良い。なおスリットは必ずしも設ける必要はない。
【０１７８】
さらにレーザ照射装置は、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。また、レーザ光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、ダンパーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射されるのを防ぐようにしても良い。ダンパーは、反射光を吸収させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内に冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、ステージ９１５７に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）を設けるようにしても良い。
【０１７９】
なお、マーカーをレーザで形成する場合、マーカー用のレーザ発振装置を設けるようにしても良い。この場合、マーカー用のレーザ発振装置の発振を、コンピューター９１６０において制御するようにしても良い。さらにマーカー用のレーザ発振装置を設ける場合、マーカー用のレーザ発振装置から出力されたレーザ光を集光するための光学系を別途設ける。なおマーカーを形成する際に用いるレーザは、代表的にはＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ等が挙げられるが、無論この他のレーザを用いて形成することは可能である。
【０１８０】
またマーカーを用いた位置合わせのために、ＣＣＤカメラ９１６３を１台、場合によっては数台設けるようにしても良い。なおＣＣＤカメラとは、ＣＣＤ（電荷結合素子）を撮像素子として用いたカメラを意味する。
【０１８１】
なお、マーカーを設けずに、ＣＣＤカメラ９１６３によって絶縁膜または半導体膜のパターンを認識し、基板の位置合わせを行うようにしても良い。この場合、コンピューター９１６０に入力されたマスクによる絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラ９１６３において収集された実際の絶縁膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせて、基板の位置情報を把握することができる。この場合マーカーを別途設ける必要がない。
【０１８２】
また、基板に入射したレーザ光は該基板の表面で反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光となるが、該戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす。そのため、前記戻り光を取り除きレーザの発振を安定させるため、アイソレータを設置するようにしても良い。
【０１８３】
なお、図３２では、レーザ発振装置を複数台設けたレーザ照射装置の構成について示したが、レーザ発振装置は１台であってもよい。図３３にレーザ発振装置が１台の、レーザ照射装置の構成を示す。図３３において、９２０１はレーザ発振装置、９２０２はチラーである。また９２１５はエネルギー密度測定手段、９２０３はＡＯ変調器、９２０４は光学系、９２０５はスリット、９２１３はＣＣＤカメラである。基板９２０６はステージ９２０７上に設置し、ステージ９２０７の位置はＸ方向位置制御手段９２０８、Ｙ方向位置制御手段９２０９によって制御されている。そして図３２に示したものと同様に、コンピューター９２１０によって、レーザ照射装置が有する各手段の動作が制御されており、図３２と異なるのはレーザ発振装置が１つであることである。また光学系９２０４は図３２の場合と異なり、１つのレーザ光を集光する機能を有していれば良い。
【０１８４】
なお、半導体膜全体にレーザ光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザ光を走査することで、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザ光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０１８５】
本実施例は、実施例６〜１０と組み合わせて実施することが可能である。
【０１８６】
（実施例１２）
本実施例では、凹凸を有する下地膜の形成の仕方について説明する。
【０１８７】
まず、図３４（Ａ）に示すように、基板９２５０上に絶縁膜からなる第１の下地膜９２５１を成膜する。第１の下地膜９２５１は本実施例では酸化窒化珪素を用いるがこれに限定されず、第２の下地膜とエッチングにおける選択比が大きい絶縁膜であれば良い。本実施例では第１の下地膜９２５１をＣＶＤ装置でＳｉＨ4とＮ2Ｏを用いて５０〜２００nmの厚さになるように形成した。なお第１の下地膜は単層であっても、複数の絶縁膜を積層した構造であってもよい。
【０１８８】
次に、図３４（Ｂ）に示すように、第１の下地膜９２５１に接するように絶縁膜からなる第２の下地膜９２５２を形成する。第２の下地膜９２５２は後の工程においてパターニングし、凹凸を形成したときに、その後に成膜される半導体膜の表面に凹凸が現れる程度の膜厚にする必要がある。本実施例では第２の下地膜９２５２として、プラズマＣＶＤ法を用いて３０ｎｍ〜３００ｎｍの酸化珪素を形成する。
【０１８９】
次に、図３４（Ｃ）に示すようにマスク９２５３を形成し、第２の下地膜９２５２をエッチングする。なお本実施例では、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）をエッチャントとし、２０℃においてウエットエッチングを行う。このエッチングにより、矩形状の凸部９２５４が形成される。本明細書では、第１の下地膜９２５１と凸部９２５４とを合わせて１つの下地膜とみなす。
【０１９０】
なお、第１の下地膜９２５１として窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムまたは窒化珪素を用い、第２の下地膜９２５２として酸化珪素膜を用いる場合、ＲＦスパッタ法を用いて第２の下地膜９２５２をパターニングすることが望ましい。第１の下地膜９２５１として窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムまたは窒化珪素は熱伝導度が高いので、発生した熱をすばやく拡散することができ、ＴＦＴの劣化を防ぐことができる。
【０１９１】
次に、第１の下地膜９２５１と凸部９２５４を覆うように半導体膜を形成する。本実施例では凸部の厚さが３０ｎｍ〜３００ｎｍであるので、半導体膜の膜厚を５０〜２００ｎｍとするのが望ましく、ここでは６０ｎｍとする。なお、半導体膜と下地膜との間に不純物が混入すると、半導体膜の結晶性に悪影響を与え、作製するＴＦＴの特性ばらつきやしきい値電圧の変動を増大させる可能性があるため、下地膜と半導体膜とは連続して成膜するのが望ましい。そこで本実施例では、第１の下地膜９２５１と凸部９２５４とからなる下地膜を形成した後は、酸化珪素膜９２５５を薄く該下地膜上に成膜し、その後大気にさらさないように連続して半導体膜９２５６を成膜する。酸化珪素膜の厚さは設計者が適宜設定することができるが、本実施例では５ｎｍ〜３０ｎｍ程度とした。
【０１９２】
次に、図３４とは異なる下地膜の形成の仕方について説明する。まず図３５（Ａ）に示すように基板９２６０上に絶縁膜からなる第１の下地膜９２６１を形成する。第１の下地膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで形成する。
【０１９３】
酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Orthosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。
【０１９４】
第１の下地膜は２０〜２００nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さに基板の全面に形成した後、図３５（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーの技術を用いマスク９２６２を形成する。そして、エッチングにより不要な部分を除去して、矩形状の凸部９２６３を形成する。第１の下地膜９２６１に対してはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングすると良い。
【０１９５】
次いで、凸部９２６３及び基板９２６０を覆うように、絶縁膜からなる第２の下地膜９２６４を形成する。この層は第１の下地膜９２６１と同様に酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで５０〜３００nm（好ましくは１００〜２００nm）の厚さに形成する。
【０１９６】
上記作製工程によって、凸部９２６３及び第２の下地膜９２６４からなる下地膜が形成される。なお、第２の下地膜９２６４を形成した後、大気に曝さないように連続して半導体膜を成膜するようにすることで、半導体膜と下地膜の間に大気中の不純物が混入するのを防ぐことができる。
【０１９７】
本実施例は実施例６〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１９８】
（実施例１３）
本実施例では、複数のレーザビームを重ね合わせることで合成される、レーザビームの形状について説明する。
【０１９９】
図３６（Ａ）に、複数のレーザ発振装置からそれぞれ発振されるレーザ光の、スリットを介さない場合の被処理物におけるレーザビームの形状の一例を示す。図３６（Ａ）に示したレーザビームは楕円形状を有している。なお本発明において、レーザ発振装置から発振されるレーザ光のレーザビームの形状は、楕円に限定されない。レーザビームの形状はレーザの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３０８から射出されたレーザ光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザ光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザ光をつくることもできる。
【０２００】
図３６（Ｂ）に図３６（Ａ）に示したレーザビームの長軸Ｙ方向におけるレーザ光のエネルギー密度の分布を示す。図３６（Ａ）に示すレーザビームは、図３６（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。レーザビームが楕円形状であるレーザ光のエネルギー密度の分布は、楕円の中心Ｏに向かうほど高くなっている。このように図３６（Ａ）に示したレーザビームは、中心軸方向におけるエネルギー密度がガウス分布に従っており、エネルギー密度が均一だと判断できる領域が狭くなる。
【０２０１】
次に、図３６（Ａ）に示したレーザビームを有するレーザ光を合成したときの、レーザビームの形状を、図３６（Ｃ）に示す。なお図３６（Ｃ）では４つのレーザ光のレーザビームを重ね合わせることで１つの線状のレーザビームを形成した場合について示しているが、重ね合わせるレーザビームの数はこれに限定されない。
【０２０２】
図３６（Ｃ）に示すように、各レーザ光のレーザビームは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザビームの一部が重なることで合成され、１つのレーザビーム９３６０が形成されている。なお以下、各楕円の中心Ｏを結ぶことで得られる直線をレーザビーム９３６０の中心軸とする。
【０２０３】
図３６（Ｄ）に、図３６（Ｄ）に示した合成後のレーザビームの、中心軸ｙ方向におけるレーザ光のエネルギー密度の分布を示す。なお、図３６（Ｃ）に示すレーザビームは、図３６（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。合成前の各レーザビームが重なり合っている部分において、エネルギー密度が加算される。例えば図示したように重なり合ったビームのエネルギー密度Ｅ１とＥ２を加算すると、ビームのエネルギー密度のピーク値Ｅ３とほぼ等しくなり、各楕円の中心Ｏの間においてエネルギー密度が平坦化される。
【０２０４】
なお、Ｅ１とＥ２を加算するとＥ３と等しくなるのが理想的だが、現実的には必ずしも等しい値にはならない。Ｅ１とＥ２を加算した値とＥ３との値のずれの許容範囲は、設計者が適宜設定することが可能である。
【０２０５】
レーザビームを単独で用いると、エネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、絶縁膜の平坦な部分に接している半導体膜またはアイランドとなる部分全体に均一なエネルギー密度のレーザ光を照射することが難しい。しかし、図３６（Ｄ）からわかるように、複数のレーザ光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザ光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、エネルギー密度が均一な領域が拡大され、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【０２０６】
なお、計算によって求めた図３６（Ｃ）のＢ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度の分布を、図３７に示す。なお、図３７は、合成前のレーザビームの、ピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域を基準としている。合成前のレーザビームの短軸方向の長さを３７μm、長軸方向の長さを４１０μmとし、中心間の距離を１９２μmとしたときの、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度は、それぞれ図３７（Ａ）、図３７（Ｂ）に示すような分布を有している。Ｂ−Ｂ’の方がＣ−Ｃ’よりも弱冠小さくなっているが、ほぼ同じ大きさとみなすことができ、合成前のレーザビームのピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域における、合成されたレーザビームの形状は、線状と言い表すことができる。
【０２０７】
図３８（Ａ）は、合成されたレーザビームのエネルギー分布を示す図である。９３６１で示した領域はエネルギー密度が均一な領域であり、９３６２で示した領域はエネルギー密度が低い領域である。図３８において、レーザビームの中心軸方向の長さをＷTBWとし、エネルギー密度が均一な領域９３６１における中心軸方向の長さをＷmaxとする。ＷTBWがＷmaxに比べて大きくなればなるほど、結晶化に用いることができるエネルギー密度が均一な領域９３６１に対する、半導体膜の結晶化に用いることができないエネルギー密度が均一ではない領域９３６２の割合が大きくなる。エネルギー密度が均一ではない領域９３６２のみが照射された半導体膜は、微結晶が生成し結晶性が芳しくない。よって半導体膜のアイランドとなる領域と、領域９３６２のみを重ねないように、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトを定める必要が生じ、領域９３６１に対する領域９３６２の比率が高くなるとその制約はさらに大きくなる。よってスリットを用いて、エネルギー密度が均一ではない領域９３６２のみが絶縁膜の凹部または凸部上に形成された半導体膜に照射されるのを防ぐことは、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトの際に生じる制約を小さくするのに有効である。
【０２０８】
本実施例は実施例６〜１２と組み合わせて実施することが可能である。
【０２０９】
（実施例１４）
本実施例では、本発明に用いられるレーザ照射装置の光学系と、各光学系とスリットとの位置関係について説明する。
【０２１０】
楕円形状のレーザビームを有するレーザ光は、走査方向と垂直な方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、エネルギー密度の低い領域の全体に占める割合が、矩形または線形のレーザビームを有するレーザ光に比べて高い。そのため本発明では、レーザ光のレーザビームが、エネルギー密度の分布が比較的均一な矩形または線形であることが望ましい。
【０２１１】
図３９は、レーザビームを４つ合成して１つのレーザビームにする場合の光学系を示している。図３９に示す光学系は、６つのシリンドリカルレンズ９４１７〜９４２２を有している。矢印の方向から入射した４つのレーザ光は、４つのシリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２のそれぞれに入射する。そしてシリンドリカルレンズ９４１９、９４２１において成形された２つのレーザ光は、シリンドリカルレンズ９４１７において再びそのレーザビームの形状が成形されて被処理物９４２３に照射される。一方シリンドリカルレンズ９４２０、９４２２において成形された２つのレーザ光は、シリンドリカルレンズ９４１８において再びそのレーザビームの形状が成形されて被処理物９４２３に照射される。
【０２１２】
被処理物９４２３における各レーザ光のレーザビームは、互いに一部重なることで合成されて１つのレーザビームを形成している。
【０２１３】
各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能であるが、被処理物９４２３に最も近いシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８の焦点距離は、シリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２の焦点距離よりも小さくする。例えば、被処理物９４２３に最も近いシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２の焦点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８から被処理物９４００へのレーザ光の入射角は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２からシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８へのレーザ光の入射角を１０°とするように各レンズを設置する。なお、戻り光を防ぎ、また均一な照射を行なうために、レーザ光の基板への入射角度を０°より大きく、望ましくは５〜３０°に保つのが望ましい。
【０２１４】
図３９では、４つのレーザビームを合成する例について示しており、この場合４つのレーザ発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４つと、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシリンドリカルレンズとを有している。合成するレーザビームの数はこれに限定されず、合成するレーザビームの数は２以上８以下であれば良い。ｎ（ｎ＝２、４、６、８）のレーザビームを合成する場合、ｎのレーザ発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応するｎ／２のシリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝３、５、７）のレーザビームを合成する場合、ｎのレーザ発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応する（ｎ＋１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。
【０２１５】
そして、レーザビームを５つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮すると、５つ目以降のレーザ光は基板の反対側から照射するのが望ましく、その場合スリットを基板の反対側にも設ける必要がある。また、基板は透過性を有していることが必要である。
【０２１６】
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入射角は、０より大きく９０°より小さくなるように保つようにするのが望ましい。
【０２１７】
また、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。上記のθに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。
【０２１８】
なお本発明に用いられるレーザ照射装置が有する光学系は、本実施
例で示した構成に限定されない。
【０２１９】
また、複数のレーザビームを組み合わせなくとも矩形または線形のレーザビームを得られるガスレーザとして代表的なのはエキシマレーザがあり、固体レーザとして代表的なのはスラブレーザである。本発明では、これらのレーザを用いていても良い。また光ファイバーを用いて、エネルギー密度が均一な線状又は矩形状のレーザビームを形成することも可能である。
【０２２０】
本実施例は実施例６〜１３と組み合わせて実施することが可能である。
【０２２１】
（実施例１５）
本実施例では、レーザビームを重ね合わせたときの、各レーザビームの中心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。
【０２２２】
図４０に、各レーザビームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレーザビームのエネルギー密度の分布を破線で示す。レーザビームの中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従っている。
【０２２３】
合成前のビームスポットにおいて、ピーク値の１／ｅ2以上のエネルギー密度を満たしている中心軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸとする。また、合成されたビームスポットにおいて、合成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸとＹの関係を、図４１に示す。なお図４１では、Ｙを百分率で表した。
【０２２４】
図４１において、エネルギー差Ｙは以下の式１の近似式で表される。
【０２２５】
【式１】
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ2（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
【０２２６】
式１に従えば、例えばエネルギー差を５％程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４となるようにすれば良いということがわかる。Ｙ＝０となるのが理想的だが、それではビームスポットの長さが短くなるので、スループットとのバランスでＸを決定すると良い。
【０２２７】
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図４２に、レーザビームが楕円形状を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ4レーザの出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲であり、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザ光の出力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。
【０２２８】
合成後のビームスポットの出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図４２の場合は、エネルギー差Ｙが±２６．３％となり、上記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶性が得られることがわかる。
【０２２９】
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もレーザビームの形状によって変わってくるので、エネルギー差Ｙの許容範囲は必ずしも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザの出力エネルギーの分布からエネルギー差Ｙの許容範囲を設定する必要がある。
【０２３０】
本実施例は、実施例６〜１４と組み合わせて実施することが可能である。
【０２３１】
（実施例１６）
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例６〜１０に基づいて作製される表示パネルの形態を図４３と図４４を用いて説明する。
【０２３２】
図４３は基板９９０１には画素部９９０２、ゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃ、入出力端子部９９０８、配線又は配線群９９０４が備えられている。シールドパターン９９０５はゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子とを接続する配線又は配線群９９０４と一部が重なっていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部の周辺領域）の面積を縮小させることができる。入出力端子部９９０８には、ＦＰＣ９９０３が固着されている。
【０２３３】
本発明は、画素部９９０２、ゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃを構成する能動素子に用いることができる。
【０２３４】
図４４は図４３で示す画素部９９０２の一画素の構成を示す一例である。本実施例では本発明の半導体装置の１つである発光装置の、画素について説明する。なお、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極と、陰極とを有する。
【０２３５】
なお本実施例で用いられる発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうしが互いに一部混合していても良い。
【０２３６】
９８０１は画素に入力されるビデオ信号の入力を制御するスイッチング素子としてのＴＦＴ（スイッチング用ＴＦＴ）であり、９８０２はビデオ信号が有する情報に基づき、画素電極に電流を供給するためのＴＦＴ（駆動用ＴＦＴ）である。
【０２３７】
スイッチング用ＴＦＴ９８０１は、１〜２μｍ程度のチャネル幅の、複数のチャネル形成領域を有する活性層９８０３と、ゲート絶縁膜（図示せず）と、ゲート線９８０４の一部であるゲート電極９８０５とを有している。スイッチング用ＴＦＴ９８０１は、ゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂからゲート線９８０４に入力される選択信号によって、そのスイッチングが制御されている。
【０２３８】
スイッチング用ＴＦＴ９８０１の活性層９８０３が有するソース領域とドレイン領域は、一方はデータ信号側駆動回路９９０１ｃによってビデオ信号が入力される信号線９８０６に、もう一方は素子の接続用の配線９８０７に接続されている。
【０２３９】
９８２０は活性層９８０３を形成する際に用いた下地膜の凸部である。
【０２４０】
一方、駆動用ＴＦＴ９８０２は、１〜２μｍ程度のチャネル幅の、複数のチャネル形成領域を有する活性層９８０８と、ゲート絶縁膜（図示せず）と、容量用配線９８０９の一部であるゲート電極９８１０とを有している。
【０２４１】
駆動用ＴＦＴ９８０２の活性層９８０８が有するソース領域とドレイン領域は、一方は電源線９８１１に、もう一方は画素電極９８１２に接続されている。
【０２４２】
９８２１は活性層９８０８を形成する際に用いた下地膜の凸部である。
【０２４３】
９８１３は容量用の半導体膜であり、ゲート絶縁膜を間に挟んで容量用配線９８０９と重なっている。容量用の半導体膜９８１３は電源線９８１１と接続されている。この容量用の半導体膜９８１３とゲート絶縁膜と容量用配線９８０９とが重なっている部分が駆動用ＴＦＴ９８０２のゲート電圧を保持するための容量として機能する。また、容量用配線９８０９と電源線９８１１は、間に層間絶縁膜（図示せず）を間に挟んで重なっている。この容量用配線９８０９と、層間絶縁膜と、電源線９８１１とが重なり合っている部分も、駆動用ＴＦＴ９８０２のゲート電圧を保持するための容量として機能させることは可能である。
【０２４４】
なお本明細書において接続とは、特に記載のない限り電気的な接続を意味する。
【０２４５】
スイッチング用ＴＦＴ９８０１の活性層９８０３と、駆動用ＴＦＴ９８０２の活性層９８０８とがそれぞれ有するチャネル形成領域のキャリアが移動する方向は、全て矢印に示したレーザ光の走査方向と揃っている。
【０２４６】
駆動用ＴＦＴ９８０２の活性層９８０８が有するチャネル形成領域の数は、スイッチング用ＴＦＴ９８０１の活性層９８０３が有するチャネル形成領域の数よりも多くすることが望ましい。なぜなら、駆動用ＴＦＴ９８０２の方がスイッチング用ＴＦＴ９８０１よりも大きな電流能力が必要であり、チャネル形成領域が多いほどオン電流を大きくすることができるからである。
【０２４７】
なお本実施例では発光装置に用いられるＴＦＴ基板の構成について説明したが、本実施例の作製工程を用いて液晶表示装置を作製することもできる。
【０２４８】
本実施例は、実施例６〜実施例１０と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２４９】
（実施例１７）
本発明の半導体装置が有するＴＦＴは、チャネル形成領域において結晶性が優れているため、通常は単結晶シリコンを用いた素子で形成される回路、例えばＬＳＩを用いたＣＰＵ、各種ロジック回路の記憶素子（例えばＳＲＡＭ）、カウンタ回路、分周回路ロジック等を、形成することができる。
【０２５０】
超ＬＳＩは最小寸法がサブミクロン領域に近づいており、より高集積化を目指すためには部分的な素子の三次元化が必要である。本実施例では、スタック構造を有する本発明の半導体装置の構造について説明する。
【０２５１】
図４６に本実施例の半導体装置の断面図を示す。基板９７００上に第１の絶縁膜９７０１が形成されている。そして、第１の絶縁膜９７０１上に第１のＴＦＴ９７０２が形成されている。なお、第１のＴＦＴ９７０２のチャネル形成領域のチャネル幅は、１〜２ミクロン程度である。
【０２５２】
第１のＴＦＴ９７０２を覆うように第１の層間絶縁膜９７０３が形成されており、第１の層間絶縁膜９７０３上に、第１の接続配線９７０５と、第１のＴＦＴ９７０２に電気的に接続されている配線９７０４とが形成されている。
【０２５３】
そして、配線９７０４、第１の接続配線９７０５を覆うように、第２の層間絶縁膜９７０６が形成されている。第２の層間絶縁膜９７０６は無機の絶縁膜で形成されており、酸化珪素、酸化窒化珪素などに、後の工程において照射されるレーザ光を吸収するような物質、例えば有色の顔料やカーボンを混入したものを混ぜたものを用いる。
【０２５４】
そして、第２の層間絶縁膜９７０６の上面を、化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）を用いて研磨しておくと、後に形成される第２の絶縁膜がより平坦化され、第２の絶縁膜上に形成される半導体膜をレーザ光により結晶化するときに、その結晶性をより高めることができる。
【０２５５】
そして第２の層間絶縁膜９７０６上に第２の絶縁膜９７０８が形成されている。そして、第２の絶縁膜９７０７上に第２のＴＦＴ９７０８が形成されている。なお、第２の絶縁膜９７０７のチャネル形成領域のチャネル幅は、１〜２ミクロン程度である。
【０２５６】
第２のＴＦＴ９７０８を覆うように第３の層間絶縁膜９７０９が形成されており、第３の層間絶縁膜９７０９上に、第２の接続配線９７１１と、第２のＴＦＴ９７０８に電気的に接続されている配線９７１０とが形成されている。なお、第１の接続配線９７０５と第２の接続配線９７１１との間にはダマシンプロセス等によって埋め込み配線（プラグ）９７１２が形成されている。
【０２５７】
そして、配線９７１０、第２の接続配線９７１１を覆うように、第４の層間絶縁膜９７１３が形成されている。
【０２５８】
本実施例では、第１のＴＦＴ９７０２と第２のＴＦＴ９７０８とを、層間絶縁膜を介して重ね合わせることができる、所謂スタック構造を有している。図４６（Ａ）では、２層のスタック構造を有する半導体装置について示したが、３層以上のスタック構造を有していても良い。その場合、下層に形成された素子にレーザ光が照射されるのを防ぐため、各層の間に、第２の層間絶縁膜９７０６のようなレーザ光を吸収する無機の絶縁膜を設けるようにする。
【０２５９】
このように三次元化された半導体装置は高集積化が可能であり、また各素子間を電気的に接続する配線を短くすることができるので、配線の容量による信号の遅延を防ぎ、より高速な動作が可能になる。
【０２６０】
なお本発明を用いたＴＦＴは、第４回新機能素子技術シンポジウム予稿集、１９８５年７月ｐ２０５．に記載されている、ＣＡＭ、ＲＡＭ共存チップにも用いることができる。図４６（Ｂ）は、メモリ（ＲＡＭ）に対応するプロセッサを配置した連想メモリ（ＣＡＭ）と、ＲＡＭの共存チップ化を図ったモデルである。第１層目はワード処理系の回路が形成された層であり、第２層目は３層目のＲＡＭに対応したプロセッサが各種論理回路によって形成された層であり、第３層目はＲＡＭセルが形成された層である。第２層目のプロセッサと３層目のＲＡＭセルとによって連想メモリ（ＣＡＭ）が形成される。さらに、第４層目はデータ用のＲＡＭ（データＲＡＭ）であり、２層目及び３層目で形成される連想メモリと共存している。
【０２６１】
このように、本発明は、三次元化された様々な半導体装置に応用することが可能である。
【０２６２】
本実施例は、実施例６〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２６３】
（実施例１８）
本発明を用いて作製されるＴＦＴを搭載した半導体装置は、様々な電子機器への適用が可能である。その一例は、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。それら電子機器の具体例を図４５に示す。
【０２６４】
図４５（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２００３に用いることで、本発明の表示装置が完成する。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２６５】
図４５（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２１０２に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが完成する。
【０２６６】
図４５（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２２０３に用いることで、本発明のノート型パーソナルコンピュータが完成する。
【０２６７】
図４５（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２３０２に用いることで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０２６８】
図４５（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明の半導体装置を表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることで、本発明の画像再生装置が完成する。
【０２６９】
図４５（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置を表示部２５０２に用いることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０２７０】
図４５（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置を表示部２６０２に用いることで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０２７１】
ここで図４５（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。本発明の半導体装置を表示部２７０３に用いることで、本発明の携帯電話が完成する。
【０２７２】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例は実施例６〜１２に示したいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能である。
【０２７３】
（実施例１９）
本発明の半導体装置が有するマルチチャネルＴＦＴは、フラットな絶縁膜上において結晶化された半導体膜を用いて形成されるシングルチャネルＴＦＴ及びマルチチャネルＴＦＴよりも、Ｓ値、移動度、閾値などのばらつきが抑えられる。
【０２７４】
図４７（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。本発明のマルチチャネルＴＦＴは、凹凸を有する絶縁膜上において、レーザー光の照射により結晶化された半導体膜を用いている。絶縁膜の凸部と凹部の幅はそれぞれ１．２５μm、１．５０μmであり、ＴＦＴのチャネル長は８μm、トータルのチャネル幅は１２μmである。
【０２７５】
また比較のために、図４７（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。ＴＦＴのチャネル長は８μm、チャネル幅は８μmである。また、図４７（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。ＴＦＴのチャネル長は８μm、トータルのチャネル幅は１２μm、各チャネルの幅が２μｍ、チャネル間の間隔が２μｍである。
【０２７６】
図４７（Ｂ）では標準偏差がσ＝１５．８ｍＶ／ｄｅｃ．、図４７（Ｃ）では標準偏差がσ＝１９．９ｍＶ／ｄｅｃ．なのに対し、図４７（Ａ）では標準偏差がσ＝８．１ｍＶ／ｄｅｃ．となっており、先の２つに比べて小さい。よって図４７（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴはＳ値のばらつきが抑えられていることがわかる。
【０２７７】
なお、図４７（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４７（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４７（Ｃ）のＴＦＴは図４７（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４７（Ｂ）及び図４７（Ｃ）に比べて図４７（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、Ｓ値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２７８】
次に図４８（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ａ）のＴＦＴの構成は図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４８（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ｂ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｃ）の場合と同じである。また、図４８（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ｃ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｂ）の場合と同じである。
【０２７９】
図４８（Ｂ）では標準偏差がσ＝１２６ｍＶ、図４８（Ｃ）では標準偏差がσ＝１５３ｍＶなのに対し、図４８（Ａ）では標準偏差がσ＝８０ｍＶとなっており、先の２つに比べて小さい。よって図４８（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴは閾値のばらつきが抑えられていることがわかる。
【０２８０】
なお、図４８（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４８（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４８（Ｃ）のＴＦＴは図４８（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４８（Ｂ）及び図４８（Ｃ）に比べて図４８（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、閾値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２８１】
次に図４９（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ａ）のＴＦＴの構成は図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４９（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ｂ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｂ）の場合と同じである。また、図４９（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ｃ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｂ）の場合と同じである。
【０２８２】
図４９（Ｂ）では標準偏差がσ＝７．９％、図４９（Ｃ）では標準偏差がσ＝９．２％なのに対し、図４９（Ａ）では標準偏差がσ＝５．２％となっており、先の２つに比べて小さい。よって図４９（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴは移動度のばらつきが抑えられていることがわかる。なお図４９（Ａ）ではチャネル幅の設計値を用いて移動度を計算しているので、実際の移動度は２割程度低いと考えられる。
【０２８３】
図４９（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４９（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４９（Ｃ）のＴＦＴは図４９（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。
しかし、これらの条件を考慮に入れても図４９（Ｂ）及び図４９（Ｃ）に比べて図４９（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、移動度が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２８４】
次に図５０（Ａ）に、本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図５０（Ａ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図５０（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のシングルチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図５０（Ｂ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｂ）の場合と同じである。また、図５０（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図５０（Ｃ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｃ）の場合と同じである。
【０２８５】
図５０（Ｂ）では標準偏差がσ＝２１８ｍＶ、図５０（Ｃ）では標準偏差がσ＝１４４ｍＶなのに対し、図５０（Ａ）では標準偏差がσ＝７７ｍＶとなっており、先の２つに比べて小さい。よって図５０（Ａ）に示す本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴは閾値のばらつきが抑えられていることがわかる。
【０２８６】
なお、図５０（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図５０（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図５０（Ｃ）のＴＦＴは図５０（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図５０（Ｂ）及び図５０（Ｃ）に比べて図５０（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｐチャネル型のＴＦＴは、閾値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２８７】
次に図５１（Ａ）に、本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図５１（Ａ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図５１（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のシングルチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図５１（Ｂ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｂ）の場合と同じである。また、図５１（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図５１（Ｃ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｂ）の場合と同じである。
【０２８８】
図５１（Ｂ）では標準偏差がσ＝７．６％、図５１（Ｃ）では標準偏差がσ＝５．９％なのに対し、図５１（Ａ）では標準偏差がσ＝４．６％となっており、先の２つに比べて小さい。よって図５１（Ａ）に示す本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴは移動度のばらつきが抑えられていることがわかる。なお図５１（Ａ）ではチャネル幅の設計値を用いて移動度を計算しているので、実際の移動度は２割程度低いと考えられる。
【０２８９】
なお、図５１（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図５１（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図５１（Ｃ）のＴＦＴは図５１（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図５１（Ｂ）及び図５１（Ｃ）に比べて図５１（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｐチャネル型のＴＦＴは、移動度が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２９０】
図４７〜図５１に示したように、本発明のマルチチャネルＴＦＴは特性のばらつきが抑えられるという効果を有している。本発明のマルチチャネルＴＦＴは、フラットな絶縁膜上において結晶化を行なったシングルチャネルＴＦＴ及びマルチチャネルＴＦＴに比べて、各チャネルの結晶方位が回転しやすいので、種々の結晶方位を含んでいる。よって結晶方位に起因する特性のばらつきが平均化され易いのではないかと考えられる。
【０２９１】
【発明の効果】
絶縁表面上に形成した開口部に半導体を充填するように溶融結晶化させることにより、結晶化に伴い発生する歪みを開口部以外の領域に集中させることができる。即ち、開口部に充填されるように形成した結晶性半導体膜においては歪みから開放することができる。
【０２９２】
即ち、非単結晶半導体膜に連続発振レーザ光を照射する結晶化において、下地絶縁膜に開口部を設け、溶融結晶化の過程において当該開口部に半導体を充填するように形成することにより、結晶化に伴う歪みや結晶粒界又は結晶亜粒界を開口部以外の領域に集中させることができる。そして、開口部の結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるようにＴＦＴを形成することにより、高速で電流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼性を向上させることも可能となる。
【０２９３】
本発明では、下地膜の凹部上に位置する半導体膜を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【０２９４】
また、ＴＦＴの複数のチャネル形成領域が互いに分離していることで、チャネル形成領域のうち、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重なっている領域を広く取ることができるので、チャネル幅を長くすることができる。チャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図２】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図３】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図４】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図５】 結晶化における開口部の形状と結晶性半導体膜の形態との関係の詳細を説明する縦断面図。
【図６】 本発明に適用するレーザ照射装置の一態様を示す配置図。
【図７】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図８】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図９】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１０】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１１】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１２】 本発明により作製されるＴＦＴの一例を説明する上面図及び縦断面図。
【図１３】 本発明により作製されるＴＦＴの一例を説明する上面図及び縦断面図。
【図１４】 本発明により作製されるＴＦＴの一例を説明する上面図及び縦断面図。
【図１５】 表示パネルの外観図。
【図１６】 本発明を用いて作製される表示パネルの画素部の構造を説明する上面図。
【図１７】 熱解析のシミュレーションに用いた構造を示す断面図。
【図１８】 熱解析のシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１９】 凸部を有する下地膜上に形成された半導体膜にレーザ光を照射して結晶化させた後のＴＥＭの断面像と、その模式図。
【図２０】 本発明の半導体膜の結晶化の流れを示す図。
【図２１】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２２】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２３】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２４】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２５】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２６】 本発明のＴＦＴの断面図。
【図２７】 本発明のＴＦＴの断面図。
【図２８】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２９】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図３０】 下地膜上に形成された複数のＴＦＴの上面図。
【図３１】 触媒元素を用いた本発明の半導体膜の結晶化の流れを示す図。
【図３２】 レーザ照射装置の図。
【図３３】 レーザ照射装置の図。
【図３４】 凸部を有する下地膜の作製方法を示す図。
【図３５】 凸部を有する下地膜の作製方法を示す図。
【図３６】 レーザビームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図３７】 レーザビームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図３８】 レーザビームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図３９】 光学系の図。
【図４０】 重ね合わせたレーザビームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。
【図４１】 レーザビームの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図４２】 レーザビームの中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。
【図４３】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の構造を示す図。
【図４４】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の画素の構造を示す図。
【図４５】 本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。
【図４６】 スタック構造を有するＴＦＴの断面図及びそれを用いた半導体装置の構成の一例。
【図４７】 Ｓ値の度数分布を示す図。
【図４８】 閾値の度数分布を示す図。
【図４９】 移動度の度数分布を示す図。
【図５０】 閾値の度数分布を示す図。
【図５１】 移動度の度数分布を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶構造を有する半導体膜を用いて形成される半導体装置及びその作製方法に係り、絶縁表面上に形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域を含む島状の半導体領域を形成した電界効果型トランジスタ、特に薄膜トランジスタを含む半導体装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【０００３】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。そしてガラス等による絶縁基板上に非晶質珪素膜を形成し、レーザ処理により結晶化させる技術が知られている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合において、半導体膜の結晶化にレーザアニールを用いることは、ガラス基板の熱変形を避けるのに非常に有効である。その結晶性珪素膜を用いて作製される薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）は、例えば、液晶表示装置等に応用されている。
【０００４】
レーザアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００５】
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる技術、結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）の結晶性を向上させる技術等を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザ発振装置は、エキシマレーザに代表される気体レーザ発振装置、ＹＡＧレーザに代表される固体レーザ発振装置であり、レーザ光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００６】
レーザ光の照射による非晶質半導体膜の結晶化の一例は、下記特許文献１で開示されているように、レーザ光の走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として高速走査により非晶質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化するものや、下記特許文献２には島状に形成された半導体領域に、引き延ばされたレーザ光を照射して実質に単結晶領域を形成する技術が開示されている。或いは下記特許文献３に開示のレーザ処理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射する方法が知られている。
【０００７】
さらに、下記特許文献４に開示されているようにＮｄ：ＹＶＯ4レーザなど固体レーザ発振装置を用いて、その第２高調波であるレーザ光を非晶質半導体膜に照射して、従来に比べ結晶粒径の大きい結晶性半導体膜を形成し、ＴＦＴを作製する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６２−１０４１１７号公報（第９２頁）
【０００９】
【特許文献２】
米国特許4,330,363号明細書（Ｆｉｇ.４）
【００１０】
【特許文献３】
特開平８−１９５３５７号公報（第３−４頁、第１−５図）
【００１１】
【特許文献４】
特開２００１−１４４０２７号公報（第４頁）
【００１２】
絶縁表面上に単結晶半導体膜を形成する試みは古くから成され、より積極的な試みとしてグラフォエピタキシー（graphoepitaxy）という技術が考案されている。グラフォエピタキシーは石英基板の表面に段差を形成し、この上に非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜を形成してから、レーザービームやヒーターで加熱させ、石英基板上に形成された段差形状を核として、エピタキシャル的な成長層を形成するという技術である。この技術は例えば非特許文献１等に開示されている。
【００１３】
【非特許文献１】
J. Vac. Sci. Technol.,"Grapho-epitaxy of silicon on fused silica using surface micropatterns and laser crystallization", 16(6),1979,pp1640-1643.
【００１４】
また、例えば非特許文献２にも、グラフォエピタキシーと呼ばれる半導体膜の結晶化技術について開示されている。これは人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。上記非特許文献３には、グラフォエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。
【００１５】
【非特許文献２】
M. W. Geis, et al.,"CRYSTALLINE SILICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY" Technical Digest of International Electron Devices Meeting, 1979, pp.210.
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザは出力エネルギーが比較的高いため、レーザビームの大きさを数ｃｍ2以上として量産性を上げることができる。特に、レーザビームの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザ光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザを用いるのが主流となりつつあった。
【００１７】
しかし近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザよりも連続発振のレーザを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザはにわかに脚光を浴び始めている。
【００１８】
パルス発振と連続発振とに大別されるレーザアニール法を用いて作製される結晶性半導体膜は、一般的に複数の結晶粒が集合して形成される。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶性半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶性半導体膜を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の界面（粒界）が存在することがある。
【００１９】
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性が低下することが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチャネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、また粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のＴＦＴにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
【００２０】
半導体膜にレーザ光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、以下の理由による。レーザ光の照射によって完全溶融した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核からそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさはランダムなものとなる。
【００２１】
よって、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、粒界の影響を排除して単一の結晶粒で形成することが理想的であるが、粒界の存在しない結晶質珪素膜をレーザアニール法で形成するのは殆ど不可能であった。そのためレーザアニール法を用いて結晶化された結晶質珪素膜を活性層とするＴＦＴで、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは、今日まで得られていない。
【００２２】
欠陥や結晶粒界又は結晶亜粒界が少なく、且つ、配向の揃った高品質の結晶性半導体膜を絶縁表面上に形成するためには、帯域溶融法などとして知られているように単結晶基板上の半導体膜を高温に加熱して溶融状態としてから再結晶化する方法が主流であった。
【００２３】
公知のグラフォエピタキシー技術のように下地の段差を利用しているので、その段差に沿って結晶が成長し、形成された単結晶半導体膜の表面にその段差が残ることが問題であると考えられている。さらに、歪み点が比較的低いガラス基板上にグラフォエピタキシーを用いて単結晶半導体膜を形成することは出来なかった。
【００２４】
いずれにしても、結晶化によって起こる半導体の体積収縮、下地との熱応力や格子不整合などによる欠陥、結晶粒界又は亜粒界の存在しない結晶性半導体膜を形成することは出来なかった。よって、張り合わせＳＯＩ(Silicon on Insulator)を省いては、絶縁表面上に形成され、結晶化又は再結晶化された結晶性半導体膜をもって、単結晶基板に形成されるＭＯＳトランジスタと同等の品質を得ることはできなかった。
【００２５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、絶縁表面上に、少なくともチャネル長方向と交差する結晶粒界又は結晶亜粒界が可能な限り存在しない結晶性半導体膜を形成し、高速で電流駆動能力の高い半導体素子により構成される半導体装置の提供を課題とする。
【００２６】
またＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぎ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができるレーザ結晶化法を用いた、半導体装置の作製方法及び該作製方法を用いて作製された半導体装置の提供を課題とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、凹凸を有する絶縁膜上に半導体膜を形成し、該半導体膜にレーザ光を照射すると、結晶化された半導体膜の、絶縁膜の凸部上に位置する部分において選択的に粒界が形成されることを見出した。
【００２８】
図１９に、凹凸を有する絶縁膜上に形成された２００ｎｍの非単結晶半導体膜に、連続発振のレーザ光を走査速度が５ｃｍ／ｓｅｃとなるように照射したときの、レーザ光の走査方向と垂直な方向におけるＴＥＭの断面像を示す。図１９（Ａ）において、８００１及び８００２は絶縁膜に形成された凸部である。そして結晶化された半導体膜８００４は、凸部８００１、８００２の上部において粒界８００３を有している。
【００２９】
図１９（Ｂ）に、図１９（Ａ）に示したＴＥＭの断面像を模式的に図示する。図１９（Ｂ）に示すとおり、凸部８００１、８００２の上部において粒界８００３が形成されている。本発明者らは、これはレーザ光の照射により一次的に半導体膜が溶融することで、絶縁膜の上部に位置していた半導体膜が凹部の底部方向に向かって体積移動し、そのため凸部の上に位置する半導体膜が薄くなり、応力に耐えられなくて粒界が生じたのではないかと考えた。そして、このように結晶化された半導体膜は、凸部の上部において粒界が選択的に形成される一方、凹部（点線で示す領域）８００１、８００２に位置する部分には粒界が形成されにくい。なお凹部は、凸部が形成されていない窪んだ領域を指す。
【００３０】
そこで本発明者らは、意図的に該半導体膜に応力が集中的にかかる部分を形成することで、粒界が形成される位置を選択的に定めることができるのではないかと考えた。本発明では、基板上に凹凸を設けた絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に半導体膜を形成することで、レーザ光による結晶化の際に、該半導体膜に応力が集中的にかかる部分を選択的に形成する。具体的には、該半導体膜に凹凸を設ける。そして、該半導体膜に形成された凹凸の長手方向に沿って、連続発振のレーザ光を照射する。なおこのとき、連続発振のレーザ光を用いるのが最も好ましいが、パルス発振のレーザ光を用いても良い。なおレーザ光の走査方向に対して垂直な方向における凸部の断面は、矩形、三角形または台形であっても良い。
【００３１】
上記構成により、レーザ光の照射による結晶化の際、半導体膜の凸部上において粒界が選択的に形成される。そして絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜は比較的粒界が形成されにくい、絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜は結晶性が優れているが、必ずしも粒界を含まないわけではない。しかし、たとえ粒界が存在したとしても絶縁膜の凸部上に位置する半導体膜に比較すると、その結晶粒は大きく、結晶性が比較的優れたものと言える。よって、絶縁膜の形状を設計した段階で、半導体膜の粒界の形成される位置をある程度予測することができる。つまり本発明では粒界が形成される位置を選択的に定めることができるので、活性層、より望ましくはチャネル形成領域に粒界がなるべく含まれないように、活性層をレイアウトすることが可能になる。
【００３２】
本発明では、絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００３３】
また上記問題点を解決するために本発明は、絶縁表面を有する基板上に開口部が設けられた絶縁膜を形成し、絶縁膜及び該開口部に非単結晶半導体膜を形成し、非単結晶半導体膜を溶融して結晶化又は再結晶化することにより、その開口部を充填する形態で結晶性半導体膜を形成するものであり、該開口部を充填する結晶性半導体膜とゲート電極とがゲート絶縁膜を介して重畳するように形成する各段階を有することを特徴とするものである。
【００３４】
当該開口部は絶縁基板の表面をエッチング処理して形成しても良いし、酸化珪素、窒化珪素、又は酸窒化珪素膜等を用い、それをエッチング処理して開口部を形成しても良い。開口部は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域を含む島状の半導体領域の配置に合わせて形成されるべきものであり、少なくともチャネル形成領域に合致するように形成されていることが望ましい。
【００３５】
非単結晶半導体膜は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法で形成される非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜、或いは、固相成長により形成された多結晶半導体膜などが適用される。尚、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭義の意味で完全な非晶質構造を有するものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００３６】
非単結晶半導体膜を溶融して結晶化させる手段としては、気体レーザ発振装置、固体レーザ発振装置を光源とするパルス発振又は連続発振レーザ光を適用する。照射するレーザ光は光学系にて線状に集光されたものであり、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、光源として用いるレーザ発振装置は、矩形ビーム固体レーザ発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザ発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザ発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。スラブレーザでは、この板状のレーザ媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。
【００３７】
また、それに準ずる強光を照射しても良い。例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、エキシマランプから放射される光を反射鏡やレンズ等により集光したエネルギー密度の高い光であっても良い。
【００３８】
線状に集光及び拡張されたレーザ光又は強光は非単結晶半導体膜に照射し、かつ、レーザ光の照射位置と単結晶半導体膜が形成された基板とを相対的に動かして、レーザ光が一部又は全面を走査することにより非単結晶半導体膜の溶融と結晶化又は再結晶化が成される。レーザ光の走査方向は、開口部の長手方向又はチャネル長方向に沿って行うのが望ましい。これによりレーザ光の走査方向に沿って結晶が成長し、結晶粒界又は結晶亜粒界がチャネル長方向と交差することを防ぐことができる。しかし本発明は必ずしもこれに限定されない。
【００３９】
上記の如く作製される本発明の半導体装置は、絶縁表面を有する基板上に開口部が形成された絶縁膜が設けられ、基板上に形成された結晶性半導体膜は前記開口部を充填する領域を有し、当該充填領域にチャネル形成領域が備えられていることを特徴としている。
【００４０】
また他の構成は、絶縁表面を有する基板上にチャネル長方向に延在する開口部が形成された絶縁膜が設けられ、基板上に形成された結晶性半導体膜は前記開口部を充填する領域を有し、当該充填領域にチャネル形成領域が備えられていて、開口部は前記結晶性半導体膜と同じかそれ以上の深さを有していることを特徴としている。
【００４１】
また他の構成は、絶縁表面に形成された矩形又は帯状に延在する開口部に結晶性半導体が設けられていて、結晶性半導体とゲート電極とがゲート絶縁膜を介して重畳していることを特徴としている。
【００４２】
また他の構成は、絶縁表面に形成されたチャネル長方向に延在する開口部に結晶性半導体が設けられていて、結晶性半導体とゲート電極とがゲート絶縁膜を介して重畳していることを特徴としている。
【００４３】
開口部の深さを半導体膜の厚さと同程度かそれ以上とすることにより、レーザ光又は強光の照射により溶融した半導体が表面張力により開口部（即ち凹部）に凝集して固化する。その結果、凸部にある半導体膜の厚さは薄くなり、そこに応力歪みを集中させることができる。また開口部の側面は結晶方位をある程度規定する効力を持つ。開口部の側面の角度は基板表面に対して５〜１２０度、好ましくは８０〜１００度で形成する。
【００４４】
半導体膜がレーザ光又は強光の照射により溶融した後、固化を開始するのは開口部の底面と側面とが交わる領域からであり、ここから結晶成長が始まる。例えば、図１７に示すように絶縁膜（１）と絶縁膜（２）により段差形状が形成された系においてＡ〜Ｄ点における熱解析シミュレーションを行った結果、図１８のような特性が得られている。熱の逃げる場所として▲１▼直下の絶縁膜（２）と側面に存在する絶縁膜（１）の両方があるため、Ｂ点が最も早く温度が下がることになる。以降、Ａ点、Ｃ点、Ｄ点の順である。このシミュレーション結果は側壁の角度が４５度の場合であるが、９０度の場合にも定性的には同様な現象が考えられる。
【００４５】
即ち、半導体膜を一旦溶融状態とし、表面張力により絶縁表面上に形成した開口部に凝集させ、開口部の底部と側壁の概略交点から結晶成長させることにより結晶化に伴い発生する歪みを開口部以外の領域に集中させることができる。即ち、開口部に充填されるように形成した結晶性半導体膜においては歪みから開放することができる。
【００４６】
なお、レーザ光のレーザビームのエッジの近傍は、中央付近に比べて一般的にエネルギー密度が低く、半導体膜の結晶性も劣る場合が多い。そのためレーザ光を走査する際に、後にＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、その軌跡のエッジとが重ならないようにするのが望ましい。
【００４７】
そこで本発明では、まず設計の段階で得られた、基板上面から見た絶縁膜または半導体膜の形状のデータ（パターン情報）を記憶手段に記憶する。そしてそのパターン情報と、レーザ光のレーザビームの走査方向と垂直な方向における幅とから、少なくともＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、レーザ光の軌跡のエッジとが重ならないように、レーザ光の走査経路を決定する。そして、マーカーを基準として基板の位置を合わせ、決定された走査経路にしたがってレーザ光を基板上の半導体膜に対して照射する。
【００４８】
上記構成により、基板全体にレーザ光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分にのみレーザ光を走査するようにすることができる。よって、不必要な部分にレーザ光を照射するための時間を省くことができ、よって、レーザ光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。また不必要な部分にレーザ光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことができる。
【００４９】
なお、マーカーは、基板を直接レーザ光等によりエッチングすることで形成しても良いし、凹凸を有する絶縁膜を形成する際に、同時に絶縁膜の一部にマーカーを形成するようにしても良い。また、実際に形成された絶縁膜または半導体膜の形状をＣＣＤ等の撮像素子を用いて読み取り、データとして第１の記憶手段に記憶し、第２の記憶手段に設計の段階で得られた絶縁膜または半導体膜のパターン情報を記憶し、第１の記憶手段に記憶されているデータと、第２の記憶手段に記憶されているパターン情報とを照合することで、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【００５０】
絶縁膜の一部にマーカーを形成したり、絶縁膜の形状をマーカーとして用いることで、マーカー用のマスクを１枚減らすことができ、なおかつ基板にレーザ光で形成するよりも、正確な位置にマーカーを形成することができ、位置合わせの精度を向上させることができる。
【００５１】
なお、レーザ光のエネルギー密度は、一般的には完全に均一ではなく、レーザビーム内の位置によりその高さが変わる。本発明では、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に、一定のエネルギー密度のレーザ光を照射することが必要である。よって本発明では、レーザ光の走査により、均一なエネルギー密度を有する領域が、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体と完全に重なるような、エネルギー密度の分布を有するレーザビームを用いることが必要である。上記エネルギー密度の条件を満たすためには、レーザビームの形状を、矩形または線形等にすることが望ましいと考えられる。
【００５２】
さらにスリットを介し、レーザビームのうちエネルギー密度の低い部分を遮蔽するようにしても良い。スリットを用いることで、比較的均一なエネルギー密度のレーザ光を凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設けることで、絶縁膜または半導体膜のパターン情報によって部分的にレーザビームの幅を変えることができ、チャネル形成領域、さらにはＴＦＴの活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。なおレーザビームの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるレーザビームの長さを意味する。
【００５３】
また複数のレーザ発振装置から発振されたレーザ光を合成することで得られた１つのレーザビームを、レーザ結晶化に用いても良い。上記構成により、各レーザ光のエネルギー密度の低い部分を補い合うことができる。
【００５４】
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように（例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザ光の照射を行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含まれるボロン等が、レーザ光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐことができる。
【００５５】
なお、従来のグラフォエピタキシー（graphoepitaxy）と呼ばれる半導体膜の結晶化技術は、人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。このグラフォエピタキシーに関する技術は、上記非特許文献２等に記載されている。上記論文等には、グラフォエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザ光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。しかし、エピタキシャル成長に必要な温度は、少なくとも７００℃程度は必要であり、ガラス基板上においてエピタキシャル成長を行おうとすると、絶縁膜の凹部または凸部のエッジ近傍において半導体膜に粒界が形成されてしまう。本発明では、アイランドのマスクをレイアウトして、該アイランドとなる部分における結晶性を高められるように、絶縁膜の凹部または凸部の形状及びエッジの位置を、アイランドのレイアウトに合わせて設計する。具体的には凹部または凸部のエッジ及び凹部または凸部のエッジ間の中央付近と、アイランドとが重ならないように、凹部または凸部の形状、サイズ等を定める。そしてアイランドのレイアウトに合わせて設計された絶縁膜を用い、意図的に粒界の位置を選択的に定める。そして該半導体膜の選択的に形成された粒界の存在する部分をパターニングにより除去し、結晶性の比較的優れている部分をアイランドとして用いる。よって本発明において開示する技術は、従来のグラフォエピタキシーと、段差を設けた絶縁膜上に半導体膜を形成し、該段差を用いて半導体膜を結晶化させる点では一致しているが、従来のグラフォエピタキシーには段差を用いて粒界の位置を制御し、アイランド内の粒界を少なくするという概念は含まれておらず、本発明とは似て非なるものである。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様について説明する。図１において示す斜視図は、基板１０１上に第１絶縁膜１０２と帯状にパターン形成された第２絶縁膜１０３〜１０５が形成された形態を示している。ここでは、第２絶縁膜による帯状のパターンが３本示されているが、勿論その数に限定されることはない。基板は市販の無アルカリガラス基板、石英基板、サファイア基板、単結晶又は多結晶半導体基板の表面を絶縁膜で被覆した基板、金属基板の表面を絶縁膜で被覆した基板を適用することができる。
【００５７】
帯状に形成される第２絶縁膜の幅Ｗ１は０．１〜１０μm（好ましくは０．５〜１μm）隣接する第２絶縁膜の間隔Ｗ２は０．１〜５μm（好ましくは０．５〜１μm）であり、第２絶縁膜の厚さｄはその上に形成する非単結晶半導体膜の厚さと同程度かそれ以上の厚さをもって形成する。また、段差形状は規則的な周期パターンである必要はなく、ＴＦＴのチャネル形成領域を含む島状の半導体領域の配置及び形状に合わせて形成すれば良い。よって、第２絶縁膜の長さＬも限定はなく、例えばＴＦＴのチャネル形成領域を形成することができる程度の長さがあれば良い。
【００５８】
第１絶縁膜は、窒化珪素又は窒酸化珪素を用いて形成する。また、第２絶縁膜は酸化珪素又は酸窒化珪素を用いて形成する。酸化珪素はオルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合しプラズマＣＶＤ法で形成することができる。窒酸化珪素膜はＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ又は、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを原料として用いプラズマＣＶＤ法で形成することができる。
【００５９】
図１の形態であるように、開口部による凹凸形状を第１絶縁膜と第２絶縁膜により形成する場合には、エッチング加工における選択比を確保するために、第２絶縁膜のエッチング速度が相対的に早くなるように材料及び成膜条件を適宜調整することが望ましい。そして、第２絶縁膜で形成される開口部の側壁の角度は５〜１２０度、好ましくは８０〜１００度の範囲で適宜設定すれば良い。
【００６０】
図２で示すように、この第１絶縁膜１０２と第２絶縁膜１０３〜１０５から成る表面上および開口部を覆う非晶質半導体膜１０６を５０〜２００nmの厚さに形成する。非晶質半導体膜は、珪素、珪素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素の化合物又は合金を適用することができる。
【００６１】
そして、この非晶質半導体膜１０６に連続発振レーザ光を照射して結晶化を行う。適用されるレーザ光は光学系にて線状に集光及び拡張されたものであり、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、光源として用いるレーザ発振装置は、矩形ビーム固体レーザ発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザ発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザ発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。そして、図中に矢印で示すように、線状の長手方向に対し交差する方向に走査する。この時、下地絶縁膜に形成される帯状のパターンの長手方向と平行な方向に走査することが最も望ましい。尚、ここでいう線状とは、短手方向の長さに対し、長手方向の長さの比が１対１０以上のものをもって言う。
【００６２】
スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。スラブレーザでは、この板状のレーザ媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。
【００６３】
また、連続発振レーザ光の波長は、非晶質半導体膜の光吸収係数を考慮して４００〜７００nmであることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変換素子を用いて基本波の第２高調波、第３高調波を取り出すことで得られる。波長変換素子としてはＡＤＰ（リン酸二水素化アンモニウム）、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニオブ酸バリウムナトリウム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、Ｓｅ、Ｔｅ、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＫＢ５などが適用される。特にＬＢＯを用いることが望ましい。代表的な一例は、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザ発振装置（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。また、レーザの発振モードはＴＥＭ00モードであるシングルモードを適用する。
【００６４】
最も適した材料として選ばれる珪素の場合、吸収係数が１０3〜１０4cm-1である領域はほぼ可視光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪素により３０〜２００nmの厚さをもって形成される非晶質半導体膜を結晶化する場合、波長４００〜７００nmの可視光域の光を照射することで、当該半導体領域を選択的に加熱して、下地絶縁膜にダメージを与えずに結晶化を行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、波長５３２nmの光の侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される非晶質半導体膜１０６の内部まで十分達することができる。即ち、半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザ光の照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加熱することができる。
【００６５】
レーザ光の照射により溶融した半導体は、表面張力が働いて開口部（凹部）に集まる。それにより固化した状態では、図３で示すように表面がほぼ平坦になる。さらに結晶の成長端や結晶粒界又は結晶亜粒界は第２絶縁膜上（凸部上）に形成される（図中ハッチングで示す領域１１０）。こうして結晶性半導体膜１０７が形成される。
【００６６】
その後図４で示すように、結晶性半導体膜１０７をエッチングして島状の半導体領域１０８、１０９を形成する。この時、成長端や結晶粒界又は結晶亜粒界が集中する領域１１０をエッチング除去することにより良質な半導体領域のみ残すことができる。そして、この島状の半導体領域１０８、１０９の、特に開口部（凹部）を充填する結晶性半導体を使ってチャネル形成領域が位置せしめるようにゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する。このような各段階を経てＴＦＴを完成させることができる。
【００６７】
図５は第１絶縁膜１０２及び第２絶縁膜１０３〜１０５により形成される開口部の溝（段差）の深さ及び間隔と結晶成長の関係を模式的に説明する図である。尚、図５で示す長さに関する符号に関し、ｔ01：第２絶縁膜上（凸部）の非晶質半導体膜の厚さ、ｔ02：開口部（凹部）の非晶質半導体膜の厚さ、ｔ11：第２絶縁膜上（凸部）の結晶性半導体膜の厚さ、ｔ12：開口部（凹部）の結晶性半導体膜の厚さ、ｄ：第２絶縁膜の厚さ（開口部の深さ）、Ｗ1：第２絶縁膜の幅、Ｗ2：開口部の幅、である。
【００６８】
図５（Ａ）は、ｄ＜ｔ02、Ｗ1,Ｗ2≦１μmの場合であり、開口部の溝の深さが非晶質半導体膜１０６よりも小さい場合には、溶融結晶化の過程を経ても開口部に半導体が充填されることはなく結晶性半導体膜の表面が平坦化されることはない。即ち、結晶性半導体膜の下地の凹凸形状が概略保存されたまま残ってしまう。
【００６９】
図５（Ｂ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2≦１μmの場合であり、開口部の溝の深さが非晶質半導体膜１０６とほぼ等しいかそれより大きい場合には、表面張力が働いて開口部（凹部）に集まる。それにより固化した状態では、図５（Ｂ）で示すように表面がほぼ平坦になる。この場合、ｔ11＜ｔ12となり、膜厚が薄い部分１２０に応力が集中しここに歪みが蓄積され、また、結晶の成長端が形成されることになる。
【００７０】
図５（Ｃ）は、ｄ＞＞ｔ02、Ｗ1,Ｗ2≦１μmの場合であり、この場合は結晶性半導体膜１０７が開口部を充填するように形成され、第２絶縁膜上には殆ど残存しない。
【００７１】
図５（Ｄ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2＞１μmの場合であり、開口部の幅が広がると結晶性半導体膜が開口部を充填して平坦化の効果はあるものの、開口部の中央付近には結晶粒界や結晶亜粒界が発生してくる。また、第２絶縁膜上にも同様に応力が集中しここに歪みが蓄積され、また、結晶の成長端が形成される。これは、間隔が広がることで応力緩和の効果が低減するためであると推察される。
【００７２】
図５（Ｅ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2＞＞１μmの場合であり、図５（Ｄ）の状態がさらに顕在化してくる。
【００７３】
以上、図５を用いて説明したように、半導体素子を形成する場合、特にＴＦＴを形成する場合には、図５（Ｂ）の条件が最も適していると考えられる。
【００７４】
以上の説明において、結晶性半導体膜を形成する下地の凹凸形状は、第１絶縁膜と第２絶縁膜で形成する一例を示したが、ここで示す形態に限定されず同様な形状を有するものであれば良い。例えば、石英基板の表面に直接開口部を形成して凹凸形状を設けても良い。
【００７５】
図６は、結晶化に際し適用することのできるレーザ処理装置の構成の一例を示す。図６はレーザ発振装置３０１、シャッター３０２、高変換ミラー３０３〜３０６、スリット３０７、シリンドリカルレンズ３０８、３０９、載置台３１１、載置台３１１をＸ方向及びＹ方向に変位させる駆動手段３１２、３１３、当該駆動手段をコントロールする制御手段３１４、予め記憶されたプログラムに基づいてレーザ発振装置３０１や制御手段３１４に信号を送る情報処理手段３１５等から成っているレーザ処理装置の構成を正面図と側面図により示すものである。
【００７６】
シリンドリカルレンズ３０８、３０９により照射面の断面形状において線状に集光されるレーザ光は、載置台３１１上の基板３２０表面に対し斜めに入射させる。これは、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状の集光面を形成することができる。シリンドリカルレンズ３０８、３０９は合成石英製とすれば、高い透過率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、レーザ光の波長に対する透過率が９９％以上を実現するために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に限定されず、矩形状、楕円形又は長円形など任意な形状としても構わない。いずれにしても、短軸と長軸の比が、１対１０〜１対１００の範囲に含まれるものを指している。また、波長変換素子３１０は基本波に対する高調波を得るために備えられている。
【００７７】
上述の如く、レーザ発振装置は矩形ビーム固体レーザ発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ発振装置が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザ発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザ発振装置、固体レーザ発振装置を適用することもできる。連続発振固体レーザ発振装置としてはＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザ発振装置を適用する。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。より高い出力を得る為には、ダイオード励起の固体レーザ発振装置が適用され、カスケード接続されていても良い。
【００７８】
また、載置台３１１を駆動手段３１２、３１３により二軸方向に動かすことにより基板３２０のレーザ処理を可能としている。一方の方向への移動は基板３２０の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/sec、好ましくは５〜５０cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは線状ビームの長手方向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが可能となっている。レーザ発振装置３０１の発振と、載置台３１１は、マイクロプロセッサを搭載した情報処理手段３１５により同期して作動するようになっている。
【００７９】
載置台３１１は図中で示すＸ方向に直線運動をすることにより、固定された光学系から照射されるレーザ光で基板全面の処理を可能としている。位置検出手段３１６は基板３２０がレーザ光の照射位置にあることを検出して、その信号を情報処理手段３１５に伝送し、情報処理手段３１５によりレーザ発振装置３０１の発振動作とのタイミングを同期させている。つまり、基板３２０がレーザ光の照射位置にない時は、レーザの発振を止め、その寿命を延長させている。
【００８０】
このような構成のレーザ照射装置により基板３２０に照射されるレーザ光は、図中に示すＸ方向又はＹ方向に相対移動させることにより半導体膜の所望の領域または全面を処理することができる。
【００８１】
以上のように、非晶質半導体膜に連続発振レーザ光を照射する結晶化において、下地絶縁膜に段差形状を設けることにより、その部分に結晶化に伴う歪み又は応力を集中させることができ、活性層とする結晶性半導体にその歪み又は応力がかからないようにすることができる。歪み又は応力から開放された結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるようにＴＦＴを形成することにより、高速で電流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼性を向上させることも可能となる。
【００８２】
また、図２０を用いて、本発明で用いられるレーザ光の照射方法について説明する。
【００８３】
まず、図２０（Ａ）に示すように基板上に絶縁膜からなる第１の下地膜９１０１を形成する。そして、第１の下地膜９１０１上に矩形状の絶縁膜からなる第２の下地膜９１０２が形成され、第１及び第２の下地膜９１０１、９１０２を覆うように、第３の下地膜９１０３が形成されている。本実施の形態では、第１の下地膜９１０１として窒化珪素を用い、第２の下地膜９１０２として酸化珪素を用い、第３の絶縁膜９１０３として酸化珪素膜を用いた。なお第１乃至第３の下地膜９１０１〜９１０３の材料はこれに限定されず、後の工程における熱処理に耐え得る材料で、なおかつ後に形成される半導体膜に、ＴＦＴの特性に悪影響を与えうるアルカリ金属が混入するのを防ぐことができ、凹凸を形成することができる絶縁膜であれば良い。なおこの凹凸の形成の仕方については、後段において詳しく説明する。また、これらの他の絶縁膜を用いても良い。また２つ以上の膜の積層構造であってもよい。
【００８４】
そして図２０では第１乃至第３の下地膜を区別して示しているが、３つの下地膜を合わせて下地膜９１０４と総称する。なお、本実施の形態では３つの下地膜を使って凹凸を有する下地膜９１０４を形成しているが、本発明で用いる下地膜の構成はこれに限定されない。
【００８５】
このとき、下地膜９１０４と同時に、下地膜の一部を利用してマーカーを形成するようにしても良い。
【００８６】
基板（図示せず）は、後の工程の処理温度に耐えうる材質であれば良く、例えば石英基板、シリコン基板、バリウムホウケイ酸ガラスまたはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いることができる。また、処理温度に耐えうる程度に耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００８７】
次に、下地膜９１０４を覆うように、半導体膜９１０５を形成する。半導体膜９１０５は、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により成膜することができる。なお、半導体膜は非晶質半導体膜であっても良いし、微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。また珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。また、第３の下地膜９１０３を成膜した後、大気開放せずに連続的に成膜することで、半導体膜と下地膜との間に不純物が混入するのを防ぐことができる。
【００８８】
なお、下地膜９１０４の凸部の形状及びそのサイズついては、設計者が適宜設定することができるが、後に形成される半導体膜が凸部のエッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定する必要がある。
【００８９】
次に、図２０（Ｂ）に示すように、半導体膜９１０５にレーザ光を照射する。レーザ光の照射により、半導体膜９１０５は一次的に溶融し、白抜きの矢印で示したように、凸部の上部から凹部に向かってその体積が移動する。そして表面が平坦化され、なおかつ結晶性が高められた半導体膜（ＬＣ後）９１０６が形成される。レーザ光のエネルギー密度は、レーザビームのエッジの近傍において低くなっており、そのためエッジの近傍は結晶粒が小さく、結晶の粒界に沿って突起した部分（リッジ）が出現する。そのため、レーザ光のレーザビームの軌跡のエッジと、チャネル形成領域となる部分または半導体膜９１０５の凹部上に位置する部分とが重ならないように照射する。
【００９０】
なおレーザ光の走査方向は、下地膜９１０４の凸部の長手方向と平行になるように定める。
【００９１】
本発明では公知のレーザを用いることができる。レーザ光は連続発振であることが望ましいが、パルス発振であってもある程度本発明の効果を得ることができると考えられる。レーザは、気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザなどが挙げられる。固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を使ったレーザが適用される。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００９２】
またさらに、固体レーザから発せられらた赤外レーザ光を非線形光学素子でグリーンレーザ光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザ光を用いることもできる。
【００９３】
半導体膜（ＬＣ後）９１０６は、レーザ光の照射による体積移動により、下地膜９１０４の凹部上において膜厚が厚くなり、逆に凸部上において膜厚が薄くなっている。そのため応力によって凸部上に粒界９１４９が発生しやすく、逆に凹部上においてはほぼ結晶性の良い状態が得られる。なお、凹部上において半導体膜（ＬＣ後）９１０６が必ずしも粒界を含まないわけではない。しかし、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。
【００９４】
次に、半導体膜（ＬＣ後）９１０６の表面をエッチングしていき、下地膜９１０４の凸部上面を露出させる。なお本実施の形態では、下地膜９１０４の凸部上面を露出させるように、半導体膜（ＬＣ後）９１０６をエッチングする。そして、図２０（Ｃ）に示すように、下地膜９１０４の凹部に結晶性半導体膜（アイランド）９１０７が形成される。
【００９５】
上述した一連の工程によって得られたアイランドをＴＦＴの活性層、より望ましくはＴＦＴのチャネル形成領域として用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００９６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００９７】
（実施例１）
本実施例は、開口部を有する下地絶縁膜上に結晶性珪素膜を形成し、その開口部に充填された充填領域にチャネル形成領域が配設されるＴＦＴを作製する一例を示す。
【００９８】
図７において、ガラス基板６０１上に１００nmの窒酸化珪素膜でなる第１絶縁膜６０２を形成する。その上に酸化珪素膜を形成し、写真蝕刻により矩形状のパターンを有する第２絶縁膜６０３を形成する。酸化珪素膜はプラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．６W/cm2で放電させ１５０nmの厚さに堆積し、その後エッチングにより開口部６０４a、６０４ｂを形成する。
【００９９】
尚、図７において（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＡ−Ａ'線に対応する縦断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ'線に対応する縦断面図を示す。以降、図８〜図１２は同様の扱いとする。
【０１００】
そして図８で示すように第１絶縁膜６０２及び第２絶縁膜６０３を覆う非晶質珪素膜６０５を１５０nmの厚さで形成する。非晶質珪素膜６０５はプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4を原料気体として用い形成する。
【０１０１】
そして、図９で示すように連続発振レーザ光を照射して結晶化させる。結晶化の条件は、連続発振モードのＹＶＯ4レーザ発振器を用い、その第２高調波（波長５３２nm）の出力５．５Wを長手方向に４００μm、短手方向に５０〜１００μmに光学系にて長手方向に均一なエネルギー密度分布を有するように集光し、５０cm/secの速度で走査して結晶化させる。均一なエネルギー密度分布とは、完全に一定であるもの以外を排除することではなく、エネルギー密度分布において許容される範囲は±２０％である。このようなレーザ光の照射は、図６で示す構成のレーザ処理装置を適用することができる。光学系にて集光したレーザ光は、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良い。結晶化はこの強度分布が長手方向において均一な領域で成されるようにし、これによりレーザ光の走査方向と平行な方向に結晶成長する効力を高めることができる。
【０１０２】
この条件でレーザ光を照射することにより、非晶質珪素膜は瞬間的に溶融し溶融帯が移動しながら結晶化が進行する。溶融した珪素は表面張力が働いて開口部（凹部）に凝集し固化する。これにより、開口部６０４ａ、６０４ｂを充填する形態で結晶性半導体膜６０６が形成される。
【０１０３】
その後図１０に示すように、少なくとも開口部６０４ａ、６０４ｂに結晶性半導体膜が残存するようにマスクパターンを形成してエッチング処理を施し、チャネル形成領域を含む島状の半導体領域６０７、６０８を形成する。
【０１０４】
図１１は、半導体領域６０７、６０８の上層側にゲート絶縁膜６０９、ゲート電極６１０、６１１が形成された状態を示している。ゲート絶縁膜６０９は８０nmの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成すれば良い。ゲート電極６１０、６１１はタングステン又はタングステンを含有する合金で形成する。このような構造とすることにより、開口部６０４ａ、６０４ｂを充填する島状の半導体領域にチャネル形成領域を設けることができる。
【０１０５】
以降、ソース及びドレイン領域、低濃度ドレイン領域等を適宜形成すればＴＦＴを完成させることができる。
【０１０６】
（実施例２）
実施例１と同様な工程で形成されるものであるが、図１２で示すように、第２絶縁膜６０３に形成する開口部の形状を、細長い短冊状の領域とそれと連接する領域とで形成し、その開口部６０４ｃに合わせて結晶性珪素膜で成る島状の半導体領域６２０を形成し、ゲート絶縁膜６２１、ゲート電極６２２を形成することにより、シングルゲート・マルチチャネル型のＴＦＴを形成することができる。
【０１０７】
（実施例３）
実施例２において、第２絶縁膜を非晶質半導体膜の厚さよりも厚く形成し、例えば３５０nmで形成することで、図１３に示すように、結晶性半導体膜で形成される島状の半導体領域６２０を開口部６０４ｄに完全に埋め込むことができる。そして、ゲート絶縁膜６２１及びゲート電極６２２を同様に形成すればシングルゲート・マルチチャネル型のＴＦＴを形成することができる。
【０１０８】
（実施例４）
図１４はシングルゲート・マルチチャネル型のＴＦＴの他の一例を示している。基板６０１上に第１絶縁膜６０２、第２絶縁膜６０３、島状の半導体領域６３０、ゲート絶縁膜６３１、ゲート電極６３２は実施例１乃至３と同様に形成するものである。図１４において異なる部分は、第２絶縁膜６０３で形成される開口部６０４ｅの他に、島状の半導体領域６３０が形成された後において、チャネル形成領域が形成される当該半導体領域の周辺の第２絶縁膜を除去して第２の開口部６２５を形成している点にある。
【０１０９】
チャネル形成領域付近の形態を図１４（Ｄ）に拡大図として示すが、島状の半導体領域６３０の側面及び上面に接してゲート絶縁膜６３１が形成され、それを覆う形でゲート電極６３２が形成されることになり、この場合チャネル形成領域は半導体領域６３０の上部６３４と側面部６３５の両方に形成されることになる。これにより空乏化領域を増やすことができ、ＴＦＴの電流駆動能力を向上させることができる。
【０１１０】
（実施例５）
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例１乃至４に基づいて作製される表示パネルの形態を説明する。
【０１１１】
図１５において、基板９００には画素部９０２、ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃ、入力端子９３５、配線又は配線群９１７が備えられている。シールパターン９４０はゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子９３５とを接続する配線又は配線群９１７と一部が重なっていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部の周辺領域）の面積を縮小させることができる。入力端子９３５には、ＦＰＣ９３６が固着されている。
【０１１２】
さらに、本発明のＴＦＴを用いてマイクロプロセッサ、メモリ、又はメディアプロセッサ／ＤＳＰ(Digital Signal Processor)等が形成されたチップ９５０が実装されていても良い。これらの機能回路は、画素部９０２、ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃとは異なるデザインルールで形成されるものであり、具体的には１μm以下のデザインルールが適用される。実装の方法に限定はなくＣＯＧ方式等が適用されている。
【０１１３】
実施例１〜４で示すＴＦＴは画素部９０２のスイッチング素子として、さらにゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃを構成する能動素子として適用することができる。
【０１１４】
図１６は画素部９０２の一画素の構成を示す一例であり、ＴＦＴ８０１〜８０３が備えられている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動用のＴＦＴである。
【０１１５】
これらのＴＦＴのチャネル形成領域を含む島状の半導体領域８１２〜８１４は、その下層に形成されている下地絶縁膜の開口８０９〜８１１に合わせて形成されている。島状の半導体領域８１２〜８１４は実施例１〜５に基づいて形成することができる。島状の半導体領域８１２〜８１４の上層には、ゲート線８１５〜８１７が形成され、パッシベーション膜及び平坦化膜を介して信号線８１８、電源線８１９、その他各種配線８２０、８２１及び画素電極８２３が形成されている。
【０１１６】
このように、本発明は何ら影響を与えることなく表示パネルを完成させることができる。
【０１１７】
（実施例６）
本実施例では、本発明の半導体装置に用いられる、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有する、所謂マルチチャネル型のＴＦＴの作製工程について述べる。
【０１１８】
まず図２１（Ａ）に示すように、絶縁表面上に凸部を有する下地膜９１２０を形成する。なお、図２１（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図２１（Ｂ）に示し、図２１（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図を図２１（Ｃ）に示す。
【０１１９】
本実施例では、実施の形態において示したのと同じ構成を有する下地膜９１２０を用いる。下地膜９１２０は、３つの下地膜からなり、まず窒化珪素からなる第１の下地膜９１２１上に、矩形状の酸化珪素から成る第２の下地膜９１２２が形成されており、第１及び第２の下地膜９１２１、９１２２を覆うように、酸化珪素からなる第３の下地膜９１２３が形成されている。本実施例では、第１乃至第３の下地膜９１２１〜９１２３で下地膜９１２０が形成されている。そして下地膜９１２０の凸部９１２４は、矩形状の第２の絶縁膜９１２２と、第３の絶縁膜９１２３のうち第１の絶縁膜９１２１ではなく第２の絶縁膜９１２２に接している部分と、で構成されている。
【０１２０】
なお、凸部９１２４の形状及びそのサイズついては、設計者が適宜設定することができるが、後に形成される半導体膜が凸部９１２４のエッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定する必要がある。本実施例では凸部９１２４の高さを０．１〜１μｍ程度にする。
【０１２１】
なお、基板の歪がそのまま後に形成される下地膜の形状に影響を与えることになる。下地膜の歪は後に形成される半導体膜の結晶性の均一性を乱す原因になるので、基板の表面を、その歪の差が１０ｎｍ以下に抑えられるように化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）を用いて研磨したり、後の工程における加熱処理により基板が歪まないように、下地膜を形成する前に予め基板に加熱処理を施しておくと良い。
【０１２２】
そして、下地膜９１２０を覆って非晶質半導体膜９１２５を形成する。非単結晶半導体膜９１２５は、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により成膜することができる。本実施例ではプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍの非単結晶半導体膜９１２５を成膜した。
【０１２３】
次に、図２２（Ａ）に示すように、非単結晶半導体膜９１２５にレーザ光を照射し、結晶化を行なう。なお、図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当する。本実施例では連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、５０ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で照射を行った。このとき、レーザ光の走査方向は、後に形成されるチャネル形成領域においてキャリアが移動する方向と同じ方向に揃える。本実施例では、白抜きの矢印で示したように、走査方向を矩形の凸部９１２４の長手方向に揃えてレーザ光を照射した。レーザ光の照射により、非単結晶半導体膜９１２５は溶融し、凸部９１２４上から凹部上に体積が移動し、結晶性半導体膜９１２６が形成される。
【０１２４】
次に、図２３（Ａ）に示すように結晶性半導体膜９１２６をパターニングすることで、サブアイランド９１２７を形成する。なお、図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当する。サブアイランド９１２７は、凸部９１２４間に形成される凹部上にその一部が存在する。目的とするマルチチャネル型ＴＦＴのチャネル形成領域は、結晶性半導体膜９１２６の凹部上に位置する部分を用いて形成されるので、そのチャネル形成領域の数、チャネル長、チャネル幅を考慮して、サブアイランド９１２７と凸部９１２４との位置関係を定めることが肝要である。
【０１２５】
次に、図２４（Ａ）に示すようにサブアイランド９１２７を上面から、下地膜９１２０の凸部９１２４の上面を露出させる程度に除去することで、アイランド９１２８を形成する。なお、図２４（Ｂ）は、図２４（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当する。サブアイランド９１２７の上面からの除去は、どのような方法を用いて行っても良く、例えばエッチングにより行っても良いし、ＣＭＰ法により行っても良い。
【０１２６】
このサブアイランド９１２７の上面からの除去により、凸部９１２４上の粒界が存在する部分が除去され、凸部９１２４間に相当する凹部の上には、粒界が殆ど存在しておらず、後にチャネル形成領域となる部分において結晶性に優れた半導体膜が残される。そして、図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すような、チャネル形成領域の部分のみ分離したスリット状のアイランド９１２８が形成される。なお、ソース領域またはドレイン領域となる部分はチャネル形成領域ほど半導体膜の結晶性によるＴＦＴの特性への影響が大きくない。そのため、ソース領域またはドレイン領域となる部分が、チャネル形成領域となる部分に比べて結晶性が芳しくなくても然程問題にはならない。
【０１２７】
次に、図２５（Ａ）に示すように、アイランド９１２８を用いてＴＦＴを作製する。なお、ＴＦＴの構造及びその作製方法は様々である。図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）の破線Ａ−Ａ’における断面図に相当し、図２５（Ｃ）は、図２５（Ａ）の破線Ｂ−Ｂ’における断面図に相当し、図２６（Ａ）は、図２５（Ａ）の破線Ｃ−Ｃ’における断面図に相当し、図２６（Ｂ）は、図２５（Ａ）の破線Ｄ−Ｄ’における断面図に相当する。
【０１２８】
アイランド９１２８が有するチャネル形成領域９１３０は、ゲート絶縁膜９１３１を間に挟んでゲート電極９１３２と重なっている。またチャネル形成領域９１３０は、同じくアイランド９１２８が有する２つの不純物領域９１３３に挟まれている。なお、２つの不純物領域９１３３はソース領域又はドレイン領域として機能する。
【０１２９】
そして、アイランド９１２８、ゲート絶縁膜９１３１及びゲート電極９１３２を覆って、第１の層間絶縁膜９１３４が形成されている。そして第１の層間絶縁膜９１３４を覆って、第２の層間絶縁膜９１３５が形成されている。なお、第１の層間絶縁膜９１３４は無機の絶縁膜であり、第２の層間絶縁膜９１３５が有する炭素等の不純物がアイランド９１２８に入るのを防ぐことができる。また第２の層間絶縁膜９１３５は有機樹脂膜であり、後に形成される配線が断線されないように、表面を平坦化する効果がある。
【０１３０】
そして、ゲート絶縁膜９１３１、第１の層間絶縁膜９１３４及び第２の層間絶縁膜９１３５に形成されたコンタクトホールを介して、不純物領域９１３３に接続された配線９１３６が、第２の層間絶縁膜９１３５上に形成されている。
【０１３１】
上記作製工程によって、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有するＴＦＴが完成する。このような構成にすることで、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【０１３２】
なお本発明において、ＴＦＴの構造は図２５に示したものに限定されない。また、チャネル形成領域の数は４つに限定されず、１つまたは４以外の数のチャネル形成領域を有していても良い。
【０１３３】
また、ＴＦＴの構造は上記構成に限定されず、例えば、図２７に示すような構成を有していても良い。図２７（Ａ）に示すＴＦＴは、２層の導電膜９１４０、９１４１からなるゲート電極を有している。該導電膜９１４０の上面及び導電膜９１４１の側面に接するように、絶縁膜からなるサイドウォール９１４２が形成されている。例えば導電膜９１４０としてＴａＮ、導電膜９１４１としてＷを用い、サイドウォール９１４２としてＳｉＯ2などを用いることができる。図２７（Ｂ）に示すＴＦＴは、２層の導電膜９１４４、９１４５からなるゲート電極を有している。該導電膜９１４４は不純物領域の一部と重なっている。
【０１３４】
なお、上記工程において、レーザ光の照射後または結晶質珪素膜を下地膜の凸部９１２４が露出する程度にエッチングした後において、５００〜６００℃で１分から６０分程度加熱することで、半導体膜内において生じている応力を緩和することができる。
【０１３５】
本発明では、絶縁膜の凹部上に位置する半導体膜を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。
【０１３６】
（実施例７）
本実施例では、実施例６とは工程順序が異なる、アイランドの作製方法について説明する。なお、各工程の詳しい説明については、実施例６を参照する。
【０１３７】
図２８（Ａ）に示すように、まず矩形状の凸部９３０１を有する下地膜を形成し、該下地膜上に非単結晶半導体膜９３０２を形成する。次に、該非単結晶半導体膜９３０２にレーザ光を照射し、結晶性半導体膜９３０３を形成する（図２８（Ｂ））。
【０１３８】
次に、結晶性半導体膜９３０３を、凸部９３０１の上面が露出する程度まで、その表面から一部を除去していく。なお、本実施例ではエッチングを用いて除去を行い、除去後の結晶性半導体膜をここでは結晶性半導体膜（エッチング後）９３０４とする（図２８（Ｃ））。
【０１３９】
次に、結晶性半導体膜（エッチング後）９３０４をパターニングし、アイランド９３０５を形成する（図２８（Ｄ））。
【０１４０】
なお、上記工程において、レーザ光の照射後、結晶性半導体膜を下地膜の凸部が露出する程度にエッチングした後またはアイランドを形成した後において、５００〜６００℃で１分から６０分程度加熱することで、半導体膜内において生じている応力を緩和することができる。
【０１４１】
上記工程によって、アイランドを形成する前に、結晶性半導体膜を下地膜の凸部が露出する程度にエッチングすることで、アイランドの端部及び側面が一部エッチングによって除去されてしまうのを防ぐことができる。
【０１４２】
（実施例８）
本実施例では、実施例６、７とは工程順序が異なる、アイランドの作製方法について説明する。なお、各工程の詳しい説明については、実施例６を参照する。
【０１４３】
図２９（Ａ）に示すように、まず矩形状の凸部９３１１を有する下地膜を形成し、該下地膜上に非単結晶半導体膜９３１２を形成する。
【０１４４】
次に、非単結晶半導体膜９３１２をパターニングし、サブアイランド９３１３を形成する（図２９（Ｂ））。
【０１４５】
次に、該サブアイランド９３１３にレーザ光を照射し、結晶化させる。本実施例では結晶化後のサブアイランドをサブアイランド（結晶化後）９３１４とする（図２９（Ｃ））。
【０１４６】
次に、サブアイランド（結晶化後）９３１４を、凸部９３１１の上面が露出する程度まで、その表面から一部を除去していく。なお、本実施例ではエッチングを用いて除去を行い、アイランド９３１５を形成する（図２９（Ｄ））。
【０１４７】
なお、上記工程において、レーザ光の照射後またはアイランドを形成した後において、５００〜６００℃で１分から６０分程度加熱することで、半導体膜内において生じている応力を緩和することができる。
【０１４８】
（実施例９）
本実施例では、複数の凸部を用いて、マルチチャネル型のＴＦＴと、チャネル形成領域を１つだけ有するシングルチャネル型のＴＦＴとを形成する例について説明する。
【０１４９】
図３０（Ａ）に、矩形状の複数の凸部９３３０を有する下地膜を示す。該下地膜上に形成されたアイランドを用いたＴＦＴを、図３０（Ｂ）に示す。図３０（Ｂ）では、４つのチャネル形成領域を有するマルチチャネル型ＴＦＴ９３３１と、２つのチャネル形成領域を有するマルチチャネル型ＴＦＴ９３３２と、シングルチャネル型ＴＦＴ９３３３とを有している。
【０１５０】
各ＴＦＴは、チャネル形成領域が凸部９３３０間に位置する凹部上に形成されている。より好ましくは、チャネル形成領域と、ＬＤＤ領域とが凸部９３３０間に位置する凹部上に形成されていることが望ましい。
【０１５１】
本実施例は、実施例６〜８と組み合わせて実施することが可能である。
【０１５２】
（実施例１０）
本実施例では、半導体膜の結晶化に際し、レーザ光の照射の工程と、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程とを組み合わせた例について説明する。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【０１５３】
まず図３１（Ａ）に示すように、凸部９３５０を有する下地膜９３５１上に、非単結晶半導体膜９３５２を成膜する。次に触媒元素を用いて非単結晶半導体膜９３５２を結晶化させる（図３１（Ｂ））。例えば特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を非単結晶半導体膜９３５２に塗布してニッケル含有層９３５３を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い、結晶性が高められた結晶性半導体膜９３５４を形成する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素を用いても良い。
【０１５４】
そして、レーザ光照射により、ＮｉＳＰＣにより結晶化された結晶性半導体膜（ＮｉＳＰＣ後）９３５４から、結晶性がさらに高められた結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５が形成される（図３１（Ｃ））。結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５は、レーザ光の照射の際に一次的に溶融し、凸部９３５０の上部から凹部に向かって体積移動し、表面が平坦化される。そして、凸部９３５０上においてその膜厚が薄くなっており、応力によって粒界９３５６ができやすくなっている。
【０１５５】
次に、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５中の触媒元素をゲッタリングする工程について説明する。なお本実施例ではゲッタリングをレーザ光の照射後に行なっているが、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５をエッチングしてから行っても良い。
【０１５６】
結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５に珪素を主成分とするバリア層９３５７を形成する（図３１（Ｄ））。なお、このバリア層９３５７は極薄いものでよく、自然酸化膜であってもよいし、酸素を含む雰囲気下において紫外線の照射によりオゾンを発生させて酸化させる酸化膜であってもよい。また、このバリア層９３５７として、炭素、即ち有機物の除去のために行われるヒドロ洗浄と呼ばれる表面処理に使用するオゾンを含む溶液で酸化させた酸化膜であってもよい。このバリア層９３５７は、主にエッチングストッパーとして用いるものである。また、このバリア層９３５７を形成した後、チャネルドープを行い、その後、強光を照射して活性化させてもよい。
【０１５７】
次いで、バリア層９３５７上にゲッタリング用の第１半導体膜９３５８を形成する。このゲッタリング用の第１半導体膜９３５８は非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。このゲッタリング用の第１半導体膜９３５８の膜厚は、５〜５０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍとする。ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８には、酸素（ＳＩＭＳ分析での濃度が５×１０18atoms/cm3以上、好ましくは１×１０19atoms/cm3以上）を含有させてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。
【０１５８】
次に、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８上に希ガス元素を含む第２の半導体膜（ゲッタリングサイト）９３５９を形成する。このゲッタリング用の第２半導体膜９３５９はプラズマＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、またはスパッタ法を用いた非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。第２の半導体膜は、成膜段階で希ガス元素を含む半導体膜であってもよいし、希ガス元素を含んでいない半導体膜の成膜後に希ガス元素を添加してもよい。本実施例では成膜段階で希ガス元素を含むゲッタリング用の第２半導体膜９３５９を形成した後、さらに希ガス元素を選択的に添加してゲッタリング用の第２半導体膜９３５９を形成した例を示した。また、ゲッタリング用の第１半導体膜と第２半導体膜とを大気に触れることなく連続的に成膜してもよい。また、第１の半導体膜の膜厚と第２の半導体膜の膜厚との和は３０〜２００ｎｍ、例えば５０ｎｍとすればよい。
【０１５９】
本実施例は、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８によって、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５と第２の半導体膜９３５９との間隔を空けている。ゲッタリングの際、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５中に存在する金属等の不純物元素は、ゲッタリングサイトの境界付近に集まりやすい傾向があるため、本実施例のようにゲッタリング用の第１半導体膜９３５８によって、ゲッタリングサイトの境界を結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５から遠ざけてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。加えて、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８は、ゲッタリングの際、ゲッタリングサイトに含まれる不純物元素が拡散して第１の半導体膜の界面に達することがないようにブロッキングする効果も有している。また、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８は、希ガス元素を添加する場合、結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５にダメージを与えないように保護する効果も有している。
【０１６０】
次いで、ゲッタリングを行う。ゲッタリングを行う工程としては、窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、加熱したガスを噴射して基板を加熱するようにしても良い。この場合、６００℃〜８００℃、より望ましくは６５０℃〜７５０℃で１〜６０分加熱を行えば良く。時間を短縮化することができる。このゲッタリングにより、図３１（Ｄ）中の矢印に示したように第２半導体膜９３５９に不純物元素が移動し、バリア層９３５７で覆われた結晶性半導体膜（ＬＣ後）９３５５に含まれる不純物元素の除去、または不純物元素の濃度の低減が行われる。このゲッタリングにより、含まれる不純物元素がほとんど存在しない、即ち膜中の不純物元素濃度が１×１０18atoms/cm3以下、望ましくは１×１０17atoms/cm3以下になるような結晶性半導体膜（ゲッタリング後）９３６０が形成される。
【０１６１】
次いで、バリア層９３５７をエッチングストッパーとして、ゲッタリング用の第１半導体膜９３５８と、第２の半導体膜９３５９を選択的に除去する。
【０１６２】
そしてバリア層９３５７をエッチング条件を変えて除去した後、図３１（Ｅ）に示すように、凸部９３５０の上面を露出させる程度に結晶性半導体膜（ゲッタリング後）９３６０をエッチングし、エッチング後の結晶性半導体膜９３６１が凹部に形成される。
【０１６３】
なお、結晶化前の半導体膜に触媒元素を含む溶液を塗布した後に、ＳＰＣではなく、レーザ光の照射により結晶成長を行うようにしても良い。またゲッタリングは、特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いても良い。
【０１６４】
なお本実施例ではレーザ光を照射した後にゲッタリングを行っているが、本発明はこの構成に限定されない。図３１（Ｅ）のエッチングを行った後にゲッタリングをするようにしても良い。
【０１６５】
本実施例は、実施例６〜９と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６６】
（実施例１１）
次に、本発明において用いられるレーザ照射装置の構成について、図３２を用いて説明する。９１５１はレーザ発振装置である。図３２では４つのレーザ発振装置を用いているが、レーザ照射装置が有するレーザ発振装置はこの数に限定されない。
【０１６７】
なお、レーザ発振装置９１５１は、チラー９１５２を用いてその温度を一定に保つようにしても良い。チラー９１５２は必ずしも設ける必要はないが、レーザ発振装置９１５１の温度を一定に保つことで、出力されるレーザ光のエネルギーが温度によってばらつくのを抑えることができる。
【０１６８】
また９１５４は光学系であり、レーザ発振装置９１５１から出力された光路を変更したり、そのレーザビームの形状を加工したりして、レーザ光を集光することができる。さらに、図３２のレーザ照射装置では、光学系９１５４によって、複数のレーザ発振装置９１５１から出力されたレーザ光のレーザビームを互いに一部を重ね合わせることで、合成することができる。
【０１６９】
なお、レーザ光の進行方向を極短時間で変化させるＡＯ変調器９１５３を、被処理物である基板９１５６とレーザ発振装置９１５１との間の光路に設けても良い。また、ＡＯ変調器９１５３の代わりに、アテニュエイター（光量調整フィルタ）を設けて、レーザ光のエネルギー密度を調整するようにしても良い。
【０１７０】
また、被処理物である基板９１５６とレーザ発振装置９１５１との間の光路に、レーザ発振装置９１５１から出力されたレーザ光のエネルギー密度を測定する手段（エネルギー密度測定手段）９１６５を設け、測定したエネルギー密度の経時変化をコンピューター９１６０において監視するようにしても良い。この場合、レーザ光のエネルギー密度の減衰を補うように、レーザ発振装置９１５１からの出力を高めるようにしても良い。
【０１７１】
合成されたレーザビームは、スリット９１５５を介して被処理物である基板９１５６に照射される。スリット９１５５は、レーザ光を遮ることが可能であり、なおかつレーザ光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。そして、スリット９１５５はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅によってレーザビームの幅を変更することができる。
【０１７２】
なお、スリット９１５５を介さない場合の、レーザ発振装置９１５１から発振されるレーザ光の基板９１５６におけるレーザビームの形状は、レーザの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。
【０１７３】
基板９１５６はステージ９１５７上に載置されている。図３２では、位置制御手段９１５８、９１５９が、被処理物におけるレーザビームの位置を制御する手段に相当しており、ステージ９１５７の位置が、位置制御手段９１５８、９１５９によって制御されている。
【０１７４】
図３２では、位置制御手段９１５８がＸ方向におけるステージ９１５７の位置の制御を行っており、位置制御手段９１５９はＹ方向におけるステージ９１５７の位置制御を行う。
【０１７５】
また図３２のレーザ照射装置は、メモリ等の記憶手段及び中央演算処理装置を兼ね備えたコンピューター９１６０を有している。コンピューター９１６０は、レーザ発振装置９１５１の発振を制御し、レーザ光の走査経路を定め、なおかつレーザ光のレーザビームが定められた走査経路にしたがって走査されるように、位置制御手段９１５８、９１５９を制御し、基板を所定の位置に移動させることができる。
【０１７６】
なお図３２では、レーザビームの位置を、基板を移動させることで制御しているが、ガルバノミラー等の光学系を用いて移動させるようにしても良いし、その両方であってもよい。
【０１７７】
さらに図３２では、コンピューター９１６０によって、該スリット９１５５の幅を制御し、マスクのパターン情報に従ってレーザビームの幅を変更することができるようにしても良い。なおスリットは必ずしも設ける必要はない。
【０１７８】
さらにレーザ照射装置は、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。また、レーザ光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、ダンパーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射されるのを防ぐようにしても良い。ダンパーは、反射光を吸収させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内に冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、ステージ９１５７に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）を設けるようにしても良い。
【０１７９】
なお、マーカーをレーザで形成する場合、マーカー用のレーザ発振装置を設けるようにしても良い。この場合、マーカー用のレーザ発振装置の発振を、コンピューター９１６０において制御するようにしても良い。さらにマーカー用のレーザ発振装置を設ける場合、マーカー用のレーザ発振装置から出力されたレーザ光を集光するための光学系を別途設ける。なおマーカーを形成する際に用いるレーザは、代表的にはＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ等が挙げられるが、無論この他のレーザを用いて形成することは可能である。
【０１８０】
またマーカーを用いた位置合わせのために、ＣＣＤカメラ９１６３を１台、場合によっては数台設けるようにしても良い。なおＣＣＤカメラとは、ＣＣＤ（電荷結合素子）を撮像素子として用いたカメラを意味する。
【０１８１】
なお、マーカーを設けずに、ＣＣＤカメラ９１６３によって絶縁膜または半導体膜のパターンを認識し、基板の位置合わせを行うようにしても良い。この場合、コンピューター９１６０に入力されたマスクによる絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラ９１６３において収集された実際の絶縁膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせて、基板の位置情報を把握することができる。この場合マーカーを別途設ける必要がない。
【０１８２】
また、基板に入射したレーザ光は該基板の表面で反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光となるが、該戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす。そのため、前記戻り光を取り除きレーザの発振を安定させるため、アイソレータを設置するようにしても良い。
【０１８３】
なお、図３２では、レーザ発振装置を複数台設けたレーザ照射装置の構成について示したが、レーザ発振装置は１台であってもよい。図３３にレーザ発振装置が１台の、レーザ照射装置の構成を示す。図３３において、９２０１はレーザ発振装置、９２０２はチラーである。また９２１５はエネルギー密度測定手段、９２０３はＡＯ変調器、９２０４は光学系、９２０５はスリット、９２１３はＣＣＤカメラである。基板９２０６はステージ９２０７上に設置し、ステージ９２０７の位置はＸ方向位置制御手段９２０８、Ｙ方向位置制御手段９２０９によって制御されている。そして図３２に示したものと同様に、コンピューター９２１０によって、レーザ照射装置が有する各手段の動作が制御されており、図３２と異なるのはレーザ発振装置が１つであることである。また光学系９２０４は図３２の場合と異なり、１つのレーザ光を集光する機能を有していれば良い。
【０１８４】
なお、半導体膜全体にレーザ光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザ光を走査することで、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザ光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０１８５】
本実施例は、実施例６〜１０と組み合わせて実施することが可能である。
【０１８６】
（実施例１２）
本実施例では、凹凸を有する下地膜の形成の仕方について説明する。
【０１８７】
まず、図３４（Ａ）に示すように、基板９２５０上に絶縁膜からなる第１の下地膜９２５１を成膜する。第１の下地膜９２５１は本実施例では酸化窒化珪素を用いるがこれに限定されず、第２の下地膜とエッチングにおける選択比が大きい絶縁膜であれば良い。本実施例では第１の下地膜９２５１をＣＶＤ装置でＳｉＨ4とＮ2Ｏを用いて５０〜２００nmの厚さになるように形成した。なお第１の下地膜は単層であっても、複数の絶縁膜を積層した構造であってもよい。
【０１８８】
次に、図３４（Ｂ）に示すように、第１の下地膜９２５１に接するように絶縁膜からなる第２の下地膜９２５２を形成する。第２の下地膜９２５２は後の工程においてパターニングし、凹凸を形成したときに、その後に成膜される半導体膜の表面に凹凸が現れる程度の膜厚にする必要がある。本実施例では第２の下地膜９２５２として、プラズマＣＶＤ法を用いて３０ｎｍ〜３００ｎｍの酸化珪素を形成する。
【０１８９】
次に、図３４（Ｃ）に示すようにマスク９２５３を形成し、第２の下地膜９２５２をエッチングする。なお本実施例では、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）をエッチャントとし、２０℃においてウエットエッチングを行う。このエッチングにより、矩形状の凸部９２５４が形成される。本明細書では、第１の下地膜９２５１と凸部９２５４とを合わせて１つの下地膜とみなす。
【０１９０】
なお、第１の下地膜９２５１として窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムまたは窒化珪素を用い、第２の下地膜９２５２として酸化珪素膜を用いる場合、ＲＦスパッタ法を用いて第２の下地膜９２５２をパターニングすることが望ましい。第１の下地膜９２５１として窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムまたは窒化珪素は熱伝導度が高いので、発生した熱をすばやく拡散することができ、ＴＦＴの劣化を防ぐことができる。
【０１９１】
次に、第１の下地膜９２５１と凸部９２５４を覆うように半導体膜を形成する。本実施例では凸部の厚さが３０ｎｍ〜３００ｎｍであるので、半導体膜の膜厚を５０〜２００ｎｍとするのが望ましく、ここでは６０ｎｍとする。なお、半導体膜と下地膜との間に不純物が混入すると、半導体膜の結晶性に悪影響を与え、作製するＴＦＴの特性ばらつきやしきい値電圧の変動を増大させる可能性があるため、下地膜と半導体膜とは連続して成膜するのが望ましい。そこで本実施例では、第１の下地膜９２５１と凸部９２５４とからなる下地膜を形成した後は、酸化珪素膜９２５５を薄く該下地膜上に成膜し、その後大気にさらさないように連続して半導体膜９２５６を成膜する。酸化珪素膜の厚さは設計者が適宜設定することができるが、本実施例では５ｎｍ〜３０ｎｍ程度とした。
【０１９２】
次に、図３４とは異なる下地膜の形成の仕方について説明する。まず図３５（Ａ）に示すように基板９２６０上に絶縁膜からなる第１の下地膜９２６１を形成する。第１の下地膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで形成する。
【０１９３】
酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Orthosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。
【０１９４】
第１の下地膜は２０〜２００nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さに基板の全面に形成した後、図３５（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーの技術を用いマスク９２６２を形成する。そして、エッチングにより不要な部分を除去して、矩形状の凸部９２６３を形成する。第１の下地膜９２６１に対してはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングすると良い。
【０１９５】
次いで、凸部９２６３及び基板９２６０を覆うように、絶縁膜からなる第２の下地膜９２６４を形成する。この層は第１の下地膜９２６１と同様に酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで５０〜３００nm（好ましくは１００〜２００nm）の厚さに形成する。
【０１９６】
上記作製工程によって、凸部９２６３及び第２の下地膜９２６４からなる下地膜が形成される。なお、第２の下地膜９２６４を形成した後、大気に曝さないように連続して半導体膜を成膜するようにすることで、半導体膜と下地膜の間に大気中の不純物が混入するのを防ぐことができる。
【０１９７】
本実施例は実施例６〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１９８】
（実施例１３）
本実施例では、複数のレーザビームを重ね合わせることで合成される、レーザビームの形状について説明する。
【０１９９】
図３６（Ａ）に、複数のレーザ発振装置からそれぞれ発振されるレーザ光の、スリットを介さない場合の被処理物におけるレーザビームの形状の一例を示す。図３６（Ａ）に示したレーザビームは楕円形状を有している。なお本発明において、レーザ発振装置から発振されるレーザ光のレーザビームの形状は、楕円に限定されない。レーザビームの形状はレーザの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３０８から射出されたレーザ光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザ光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザ光をつくることもできる。
【０２００】
図３６（Ｂ）に図３６（Ａ）に示したレーザビームの長軸Ｙ方向におけるレーザ光のエネルギー密度の分布を示す。図３６（Ａ）に示すレーザビームは、図３６（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。レーザビームが楕円形状であるレーザ光のエネルギー密度の分布は、楕円の中心Ｏに向かうほど高くなっている。このように図３６（Ａ）に示したレーザビームは、中心軸方向におけるエネルギー密度がガウス分布に従っており、エネルギー密度が均一だと判断できる領域が狭くなる。
【０２０１】
次に、図３６（Ａ）に示したレーザビームを有するレーザ光を合成したときの、レーザビームの形状を、図３６（Ｃ）に示す。なお図３６（Ｃ）では４つのレーザ光のレーザビームを重ね合わせることで１つの線状のレーザビームを形成した場合について示しているが、重ね合わせるレーザビームの数はこれに限定されない。
【０２０２】
図３６（Ｃ）に示すように、各レーザ光のレーザビームは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザビームの一部が重なることで合成され、１つのレーザビーム９３６０が形成されている。なお以下、各楕円の中心Ｏを結ぶことで得られる直線をレーザビーム９３６０の中心軸とする。
【０２０３】
図３６（Ｄ）に、図３６（Ｄ）に示した合成後のレーザビームの、中心軸ｙ方向におけるレーザ光のエネルギー密度の分布を示す。なお、図３６（Ｃ）に示すレーザビームは、図３６（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。合成前の各レーザビームが重なり合っている部分において、エネルギー密度が加算される。例えば図示したように重なり合ったビームのエネルギー密度Ｅ１とＥ２を加算すると、ビームのエネルギー密度のピーク値Ｅ３とほぼ等しくなり、各楕円の中心Ｏの間においてエネルギー密度が平坦化される。
【０２０４】
なお、Ｅ１とＥ２を加算するとＥ３と等しくなるのが理想的だが、現実的には必ずしも等しい値にはならない。Ｅ１とＥ２を加算した値とＥ３との値のずれの許容範囲は、設計者が適宜設定することが可能である。
【０２０５】
レーザビームを単独で用いると、エネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、絶縁膜の平坦な部分に接している半導体膜またはアイランドとなる部分全体に均一なエネルギー密度のレーザ光を照射することが難しい。しかし、図３６（Ｄ）からわかるように、複数のレーザ光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザ光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、エネルギー密度が均一な領域が拡大され、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【０２０６】
なお、計算によって求めた図３６（Ｃ）のＢ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度の分布を、図３７に示す。なお、図３７は、合成前のレーザビームの、ピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域を基準としている。合成前のレーザビームの短軸方向の長さを３７μm、長軸方向の長さを４１０μmとし、中心間の距離を１９２μmとしたときの、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度は、それぞれ図３７（Ａ）、図３７（Ｂ）に示すような分布を有している。Ｂ−Ｂ’の方がＣ−Ｃ’よりも弱冠小さくなっているが、ほぼ同じ大きさとみなすことができ、合成前のレーザビームのピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域における、合成されたレーザビームの形状は、線状と言い表すことができる。
【０２０７】
図３８（Ａ）は、合成されたレーザビームのエネルギー分布を示す図である。９３６１で示した領域はエネルギー密度が均一な領域であり、９３６２で示した領域はエネルギー密度が低い領域である。図３８において、レーザビームの中心軸方向の長さをＷTBWとし、エネルギー密度が均一な領域９３６１における中心軸方向の長さをＷmaxとする。ＷTBWがＷmaxに比べて大きくなればなるほど、結晶化に用いることができるエネルギー密度が均一な領域９３６１に対する、半導体膜の結晶化に用いることができないエネルギー密度が均一ではない領域９３６２の割合が大きくなる。エネルギー密度が均一ではない領域９３６２のみが照射された半導体膜は、微結晶が生成し結晶性が芳しくない。よって半導体膜のアイランドとなる領域と、領域９３６２のみを重ねないように、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトを定める必要が生じ、領域９３６１に対する領域９３６２の比率が高くなるとその制約はさらに大きくなる。よってスリットを用いて、エネルギー密度が均一ではない領域９３６２のみが絶縁膜の凹部または凸部上に形成された半導体膜に照射されるのを防ぐことは、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトの際に生じる制約を小さくするのに有効である。
【０２０８】
本実施例は実施例６〜１２と組み合わせて実施することが可能である。
【０２０９】
（実施例１４）
本実施例では、本発明に用いられるレーザ照射装置の光学系と、各光学系とスリットとの位置関係について説明する。
【０２１０】
楕円形状のレーザビームを有するレーザ光は、走査方向と垂直な方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、エネルギー密度の低い領域の全体に占める割合が、矩形または線形のレーザビームを有するレーザ光に比べて高い。そのため本発明では、レーザ光のレーザビームが、エネルギー密度の分布が比較的均一な矩形または線形であることが望ましい。
【０２１１】
図３９は、レーザビームを４つ合成して１つのレーザビームにする場合の光学系を示している。図３９に示す光学系は、６つのシリンドリカルレンズ９４１７〜９４２２を有している。矢印の方向から入射した４つのレーザ光は、４つのシリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２のそれぞれに入射する。そしてシリンドリカルレンズ９４１９、９４２１において成形された２つのレーザ光は、シリンドリカルレンズ９４１７において再びそのレーザビームの形状が成形されて被処理物９４２３に照射される。一方シリンドリカルレンズ９４２０、９４２２において成形された２つのレーザ光は、シリンドリカルレンズ９４１８において再びそのレーザビームの形状が成形されて被処理物９４２３に照射される。
【０２１２】
被処理物９４２３における各レーザ光のレーザビームは、互いに一部重なることで合成されて１つのレーザビームを形成している。
【０２１３】
各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能であるが、被処理物９４２３に最も近いシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８の焦点距離は、シリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２の焦点距離よりも小さくする。例えば、被処理物９４２３に最も近いシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２の焦点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８から被処理物９４００へのレーザ光の入射角は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ９４１９〜９４２２からシリンドリカルレンズ９４１７、９４１８へのレーザ光の入射角を１０°とするように各レンズを設置する。なお、戻り光を防ぎ、また均一な照射を行なうために、レーザ光の基板への入射角度を０°より大きく、望ましくは５〜３０°に保つのが望ましい。
【０２１４】
図３９では、４つのレーザビームを合成する例について示しており、この場合４つのレーザ発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４つと、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシリンドリカルレンズとを有している。合成するレーザビームの数はこれに限定されず、合成するレーザビームの数は２以上８以下であれば良い。ｎ（ｎ＝２、４、６、８）のレーザビームを合成する場合、ｎのレーザ発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応するｎ／２のシリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝３、５、７）のレーザビームを合成する場合、ｎのレーザ発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応する（ｎ＋１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。
【０２１５】
そして、レーザビームを５つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮すると、５つ目以降のレーザ光は基板の反対側から照射するのが望ましく、その場合スリットを基板の反対側にも設ける必要がある。また、基板は透過性を有していることが必要である。
【０２１６】
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入射角は、０より大きく９０°より小さくなるように保つようにするのが望ましい。
【０２１７】
また、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。上記のθに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。
【０２１８】
なお本発明に用いられるレーザ照射装置が有する光学系は、本実施
例で示した構成に限定されない。
【０２１９】
また、複数のレーザビームを組み合わせなくとも矩形または線形のレーザビームを得られるガスレーザとして代表的なのはエキシマレーザがあり、固体レーザとして代表的なのはスラブレーザである。本発明では、これらのレーザを用いていても良い。また光ファイバーを用いて、エネルギー密度が均一な線状又は矩形状のレーザビームを形成することも可能である。
【０２２０】
本実施例は実施例６〜１３と組み合わせて実施することが可能である。
【０２２１】
（実施例１５）
本実施例では、レーザビームを重ね合わせたときの、各レーザビームの中心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。
【０２２２】
図４０に、各レーザビームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレーザビームのエネルギー密度の分布を破線で示す。レーザビームの中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従っている。
【０２２３】
合成前のビームスポットにおいて、ピーク値の１／ｅ2以上のエネルギー密度を満たしている中心軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸとする。また、合成されたビームスポットにおいて、合成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸとＹの関係を、図４１に示す。なお図４１では、Ｙを百分率で表した。
【０２２４】
図４１において、エネルギー差Ｙは以下の式１の近似式で表される。
【０２２５】
【式１】
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ2（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
【０２２６】
式１に従えば、例えばエネルギー差を５％程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４となるようにすれば良いということがわかる。Ｙ＝０となるのが理想的だが、それではビームスポットの長さが短くなるので、スループットとのバランスでＸを決定すると良い。
【０２２７】
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図４２に、レーザビームが楕円形状を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ4レーザの出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲であり、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザ光の出力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。
【０２２８】
合成後のビームスポットの出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図４２の場合は、エネルギー差Ｙが±２６．３％となり、上記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶性が得られることがわかる。
【０２２９】
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もレーザビームの形状によって変わってくるので、エネルギー差Ｙの許容範囲は必ずしも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザの出力エネルギーの分布からエネルギー差Ｙの許容範囲を設定する必要がある。
【０２３０】
本実施例は、実施例６〜１４と組み合わせて実施することが可能である。
【０２３１】
（実施例１６）
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例６〜１０に基づいて作製される表示パネルの形態を図４３と図４４を用いて説明する。
【０２３２】
図４３は基板９９０１には画素部９９０２、ゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃ、入出力端子部９９０８、配線又は配線群９９０４が備えられている。シールドパターン９９０５はゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子とを接続する配線又は配線群９９０４と一部が重なっていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部の周辺領域）の面積を縮小させることができる。入出力端子部９９０８には、ＦＰＣ９９０３が固着されている。
【０２３３】
本発明は、画素部９９０２、ゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃを構成する能動素子に用いることができる。
【０２３４】
図４４は図４３で示す画素部９９０２の一画素の構成を示す一例である。本実施例では本発明の半導体装置の１つである発光装置の、画素について説明する。なお、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極と、陰極とを有する。
【０２３５】
なお本実施例で用いられる発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうしが互いに一部混合していても良い。
【０２３６】
９８０１は画素に入力されるビデオ信号の入力を制御するスイッチング素子としてのＴＦＴ（スイッチング用ＴＦＴ）であり、９８０２はビデオ信号が有する情報に基づき、画素電極に電流を供給するためのＴＦＴ（駆動用ＴＦＴ）である。
【０２３７】
スイッチング用ＴＦＴ９８０１は、１〜２μｍ程度のチャネル幅の、複数のチャネル形成領域を有する活性層９８０３と、ゲート絶縁膜（図示せず）と、ゲート線９８０４の一部であるゲート電極９８０５とを有している。スイッチング用ＴＦＴ９８０１は、ゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂからゲート線９８０４に入力される選択信号によって、そのスイッチングが制御されている。
【０２３８】
スイッチング用ＴＦＴ９８０１の活性層９８０３が有するソース領域とドレイン領域は、一方はデータ信号側駆動回路９９０１ｃによってビデオ信号が入力される信号線９８０６に、もう一方は素子の接続用の配線９８０７に接続されている。
【０２３９】
９８２０は活性層９８０３を形成する際に用いた下地膜の凸部である。
【０２４０】
一方、駆動用ＴＦＴ９８０２は、１〜２μｍ程度のチャネル幅の、複数のチャネル形成領域を有する活性層９８０８と、ゲート絶縁膜（図示せず）と、容量用配線９８０９の一部であるゲート電極９８１０とを有している。
【０２４１】
駆動用ＴＦＴ９８０２の活性層９８０８が有するソース領域とドレイン領域は、一方は電源線９８１１に、もう一方は画素電極９８１２に接続されている。
【０２４２】
９８２１は活性層９８０８を形成する際に用いた下地膜の凸部である。
【０２４３】
９８１３は容量用の半導体膜であり、ゲート絶縁膜を間に挟んで容量用配線９８０９と重なっている。容量用の半導体膜９８１３は電源線９８１１と接続されている。この容量用の半導体膜９８１３とゲート絶縁膜と容量用配線９８０９とが重なっている部分が駆動用ＴＦＴ９８０２のゲート電圧を保持するための容量として機能する。また、容量用配線９８０９と電源線９８１１は、間に層間絶縁膜（図示せず）を間に挟んで重なっている。この容量用配線９８０９と、層間絶縁膜と、電源線９８１１とが重なり合っている部分も、駆動用ＴＦＴ９８０２のゲート電圧を保持するための容量として機能させることは可能である。
【０２４４】
なお本明細書において接続とは、特に記載のない限り電気的な接続を意味する。
【０２４５】
スイッチング用ＴＦＴ９８０１の活性層９８０３と、駆動用ＴＦＴ９８０２の活性層９８０８とがそれぞれ有するチャネル形成領域のキャリアが移動する方向は、全て矢印に示したレーザ光の走査方向と揃っている。
【０２４６】
駆動用ＴＦＴ９８０２の活性層９８０８が有するチャネル形成領域の数は、スイッチング用ＴＦＴ９８０１の活性層９８０３が有するチャネル形成領域の数よりも多くすることが望ましい。なぜなら、駆動用ＴＦＴ９８０２の方がスイッチング用ＴＦＴ９８０１よりも大きな電流能力が必要であり、チャネル形成領域が多いほどオン電流を大きくすることができるからである。
【０２４７】
なお本実施例では発光装置に用いられるＴＦＴ基板の構成について説明したが、本実施例の作製工程を用いて液晶表示装置を作製することもできる。
【０２４８】
本実施例は、実施例６〜実施例１０と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２４９】
（実施例１７）
本発明の半導体装置が有するＴＦＴは、チャネル形成領域において結晶性が優れているため、通常は単結晶シリコンを用いた素子で形成される回路、例えばＬＳＩを用いたＣＰＵ、各種ロジック回路の記憶素子（例えばＳＲＡＭ）、カウンタ回路、分周回路ロジック等を、形成することができる。
【０２５０】
超ＬＳＩは最小寸法がサブミクロン領域に近づいており、より高集積化を目指すためには部分的な素子の三次元化が必要である。本実施例では、スタック構造を有する本発明の半導体装置の構造について説明する。
【０２５１】
図４６に本実施例の半導体装置の断面図を示す。基板９７００上に第１の絶縁膜９７０１が形成されている。そして、第１の絶縁膜９７０１上に第１のＴＦＴ９７０２が形成されている。なお、第１のＴＦＴ９７０２のチャネル形成領域のチャネル幅は、１〜２ミクロン程度である。
【０２５２】
第１のＴＦＴ９７０２を覆うように第１の層間絶縁膜９７０３が形成されており、第１の層間絶縁膜９７０３上に、第１の接続配線９７０５と、第１のＴＦＴ９７０２に電気的に接続されている配線９７０４とが形成されている。
【０２５３】
そして、配線９７０４、第１の接続配線９７０５を覆うように、第２の層間絶縁膜９７０６が形成されている。第２の層間絶縁膜９７０６は無機の絶縁膜で形成されており、酸化珪素、酸化窒化珪素などに、後の工程において照射されるレーザ光を吸収するような物質、例えば有色の顔料やカーボンを混入したものを混ぜたものを用いる。
【０２５４】
そして、第２の層間絶縁膜９７０６の上面を、化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）を用いて研磨しておくと、後に形成される第２の絶縁膜がより平坦化され、第２の絶縁膜上に形成される半導体膜をレーザ光により結晶化するときに、その結晶性をより高めることができる。
【０２５５】
そして第２の層間絶縁膜９７０６上に第２の絶縁膜９７０８が形成されている。そして、第２の絶縁膜９７０７上に第２のＴＦＴ９７０８が形成されている。なお、第２の絶縁膜９７０７のチャネル形成領域のチャネル幅は、１〜２ミクロン程度である。
【０２５６】
第２のＴＦＴ９７０８を覆うように第３の層間絶縁膜９７０９が形成されており、第３の層間絶縁膜９７０９上に、第２の接続配線９７１１と、第２のＴＦＴ９７０８に電気的に接続されている配線９７１０とが形成されている。なお、第１の接続配線９７０５と第２の接続配線９７１１との間にはダマシンプロセス等によって埋め込み配線（プラグ）９７１２が形成されている。
【０２５７】
そして、配線９７１０、第２の接続配線９７１１を覆うように、第４の層間絶縁膜９７１３が形成されている。
【０２５８】
本実施例では、第１のＴＦＴ９７０２と第２のＴＦＴ９７０８とを、層間絶縁膜を介して重ね合わせることができる、所謂スタック構造を有している。図４６（Ａ）では、２層のスタック構造を有する半導体装置について示したが、３層以上のスタック構造を有していても良い。その場合、下層に形成された素子にレーザ光が照射されるのを防ぐため、各層の間に、第２の層間絶縁膜９７０６のようなレーザ光を吸収する無機の絶縁膜を設けるようにする。
【０２５９】
このように三次元化された半導体装置は高集積化が可能であり、また各素子間を電気的に接続する配線を短くすることができるので、配線の容量による信号の遅延を防ぎ、より高速な動作が可能になる。
【０２６０】
なお本発明を用いたＴＦＴは、第４回新機能素子技術シンポジウム予稿集、１９８５年７月ｐ２０５．に記載されている、ＣＡＭ、ＲＡＭ共存チップにも用いることができる。図４６（Ｂ）は、メモリ（ＲＡＭ）に対応するプロセッサを配置した連想メモリ（ＣＡＭ）と、ＲＡＭの共存チップ化を図ったモデルである。第１層目はワード処理系の回路が形成された層であり、第２層目は３層目のＲＡＭに対応したプロセッサが各種論理回路によって形成された層であり、第３層目はＲＡＭセルが形成された層である。第２層目のプロセッサと３層目のＲＡＭセルとによって連想メモリ（ＣＡＭ）が形成される。さらに、第４層目はデータ用のＲＡＭ（データＲＡＭ）であり、２層目及び３層目で形成される連想メモリと共存している。
【０２６１】
このように、本発明は、三次元化された様々な半導体装置に応用することが可能である。
【０２６２】
本実施例は、実施例６〜１１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０２６３】
（実施例１８）
本発明を用いて作製されるＴＦＴを搭載した半導体装置は、様々な電子機器への適用が可能である。その一例は、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。それら電子機器の具体例を図４５に示す。
【０２６４】
図４５（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２００３に用いることで、本発明の表示装置が完成する。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２６５】
図４５（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２１０２に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが完成する。
【０２６６】
図４５（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２２０３に用いることで、本発明のノート型パーソナルコンピュータが完成する。
【０２６７】
図４５（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２３０２に用いることで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０２６８】
図４５（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明の半導体装置を表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることで、本発明の画像再生装置が完成する。
【０２６９】
図４５（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置を表示部２５０２に用いることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０２７０】
図４５（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置を表示部２６０２に用いることで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０２７１】
ここで図４５（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。本発明の半導体装置を表示部２７０３に用いることで、本発明の携帯電話が完成する。
【０２７２】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例は実施例６〜１２に示したいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能である。
【０２７３】
（実施例１９）
本発明の半導体装置が有するマルチチャネルＴＦＴは、フラットな絶縁膜上において結晶化された半導体膜を用いて形成されるシングルチャネルＴＦＴ及びマルチチャネルＴＦＴよりも、Ｓ値、移動度、閾値などのばらつきが抑えられる。
【０２７４】
図４７（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。本発明のマルチチャネルＴＦＴは、凹凸を有する絶縁膜上において、レーザー光の照射により結晶化された半導体膜を用いている。絶縁膜の凸部と凹部の幅はそれぞれ１．２５μm、１．５０μmであり、ＴＦＴのチャネル長は８μm、トータルのチャネル幅は１２μmである。
【０２７５】
また比較のために、図４７（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。ＴＦＴのチャネル長は８μm、チャネル幅は８μmである。また、図４７（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。ＴＦＴのチャネル長は８μm、トータルのチャネル幅は１２μm、各チャネルの幅が２μｍ、チャネル間の間隔が２μｍである。
【０２７６】
図４７（Ｂ）では標準偏差がσ＝１５．８ｍＶ／ｄｅｃ．、図４７（Ｃ）では標準偏差がσ＝１９．９ｍＶ／ｄｅｃ．なのに対し、図４７（Ａ）では標準偏差がσ＝８．１ｍＶ／ｄｅｃ．となっており、先の２つに比べて小さい。よって図４７（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴはＳ値のばらつきが抑えられていることがわかる。
【０２７７】
なお、図４７（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４７（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４７（Ｃ）のＴＦＴは図４７（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４７（Ｂ）及び図４７（Ｃ）に比べて図４７（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、Ｓ値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２７８】
次に図４８（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ａ）のＴＦＴの構成は図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４８（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ｂ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｃ）の場合と同じである。また、図４８（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ｃ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｂ）の場合と同じである。
【０２７９】
図４８（Ｂ）では標準偏差がσ＝１２６ｍＶ、図４８（Ｃ）では標準偏差がσ＝１５３ｍＶなのに対し、図４８（Ａ）では標準偏差がσ＝８０ｍＶとなっており、先の２つに比べて小さい。よって図４８（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴは閾値のばらつきが抑えられていることがわかる。
【０２８０】
なお、図４８（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４８（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４８（Ｃ）のＴＦＴは図４８（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４８（Ｂ）及び図４８（Ｃ）に比べて図４８（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、閾値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２８１】
次に図４９（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ａ）のＴＦＴの構成は図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４９（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ｂ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｂ）の場合と同じである。また、図４９（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ｃ）のＴＦＴの構成は図４７（Ｂ）の場合と同じである。
【０２８２】
図４９（Ｂ）では標準偏差がσ＝７．９％、図４９（Ｃ）では標準偏差がσ＝９．２％なのに対し、図４９（Ａ）では標準偏差がσ＝５．２％となっており、先の２つに比べて小さい。よって図４９（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴは移動度のばらつきが抑えられていることがわかる。なお図４９（Ａ）ではチャネル幅の設計値を用いて移動度を計算しているので、実際の移動度は２割程度低いと考えられる。
【０２８３】
図４９（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４９（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４９（Ｃ）のＴＦＴは図４９（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。
しかし、これらの条件を考慮に入れても図４９（Ｂ）及び図４９（Ｃ）に比べて図４９（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、移動度が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２８４】
次に図５０（Ａ）に、本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図５０（Ａ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図５０（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のシングルチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図５０（Ｂ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｂ）の場合と同じである。また、図５０（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図５０（Ｃ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｃ）の場合と同じである。
【０２８５】
図５０（Ｂ）では標準偏差がσ＝２１８ｍＶ、図５０（Ｃ）では標準偏差がσ＝１４４ｍＶなのに対し、図５０（Ａ）では標準偏差がσ＝７７ｍＶとなっており、先の２つに比べて小さい。よって図５０（Ａ）に示す本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴは閾値のばらつきが抑えられていることがわかる。
【０２８６】
なお、図５０（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図５０（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図５０（Ｃ）のＴＦＴは図５０（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図５０（Ｂ）及び図５０（Ｃ）に比べて図５０（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｐチャネル型のＴＦＴは、閾値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２８７】
次に図５１（Ａ）に、本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図５１（Ａ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図５１（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のシングルチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図５１（Ｂ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｂ）の場合と同じである。また、図５１（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図５１（Ｃ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４７（Ｂ）の場合と同じである。
【０２８８】
図５１（Ｂ）では標準偏差がσ＝７．６％、図５１（Ｃ）では標準偏差がσ＝５．９％なのに対し、図５１（Ａ）では標準偏差がσ＝４．６％となっており、先の２つに比べて小さい。よって図５１（Ａ）に示す本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴは移動度のばらつきが抑えられていることがわかる。なお図５１（Ａ）ではチャネル幅の設計値を用いて移動度を計算しているので、実際の移動度は２割程度低いと考えられる。
【０２８９】
なお、図５１（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図５１（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図５１（Ｃ）のＴＦＴは図５１（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図５１（Ｂ）及び図５１（Ｃ）に比べて図５１（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｐチャネル型のＴＦＴは、移動度が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２９０】
図４７〜図５１に示したように、本発明のマルチチャネルＴＦＴは特性のばらつきが抑えられるという効果を有している。本発明のマルチチャネルＴＦＴは、フラットな絶縁膜上において結晶化を行なったシングルチャネルＴＦＴ及びマルチチャネルＴＦＴに比べて、各チャネルの結晶方位が回転しやすいので、種々の結晶方位を含んでいる。よって結晶方位に起因する特性のばらつきが平均化され易いのではないかと考えられる。
【０２９１】
【発明の効果】
絶縁表面上に形成した開口部に半導体を充填するように溶融結晶化させることにより、結晶化に伴い発生する歪みを開口部以外の領域に集中させることができる。即ち、開口部に充填されるように形成した結晶性半導体膜においては歪みから開放することができる。
【０２９２】
即ち、非単結晶半導体膜に連続発振レーザ光を照射する結晶化において、下地絶縁膜に開口部を設け、溶融結晶化の過程において当該開口部に半導体を充填するように形成することにより、結晶化に伴う歪みや結晶粒界又は結晶亜粒界を開口部以外の領域に集中させることができる。そして、開口部の結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるようにＴＦＴを形成することにより、高速で電流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼性を向上させることも可能となる。
【０２９３】
本発明では、下地膜の凹部上に位置する半導体膜を、ＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【０２９４】
また、ＴＦＴの複数のチャネル形成領域が互いに分離していることで、チャネル形成領域のうち、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重なっている領域を広く取ることができるので、チャネル幅を長くすることができる。チャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図２】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図３】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図４】 本発明における結晶化方法を説明する斜視図。
【図５】 結晶化における開口部の形状と結晶性半導体膜の形態との関係の詳細を説明する縦断面図。
【図６】 本発明に適用するレーザ照射装置の一態様を示す配置図。
【図７】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図８】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図９】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１０】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１１】 本発明により作製されるＴＦＴの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１２】 本発明により作製されるＴＦＴの一例を説明する上面図及び縦断面図。
【図１３】 本発明により作製されるＴＦＴの一例を説明する上面図及び縦断面図。
【図１４】 本発明により作製されるＴＦＴの一例を説明する上面図及び縦断面図。
【図１５】 表示パネルの外観図。
【図１６】 本発明を用いて作製される表示パネルの画素部の構造を説明する上面図。
【図１７】 熱解析のシミュレーションに用いた構造を示す断面図。
【図１８】 熱解析のシミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１９】 凸部を有する下地膜上に形成された半導体膜にレーザ光を照射して結晶化させた後のＴＥＭの断面像と、その模式図。
【図２０】 本発明の半導体膜の結晶化の流れを示す図。
【図２１】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２２】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２３】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２４】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２５】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２６】 本発明のＴＦＴの断面図。
【図２７】 本発明のＴＦＴの断面図。
【図２８】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図２９】 本発明のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図３０】 下地膜上に形成された複数のＴＦＴの上面図。
【図３１】 触媒元素を用いた本発明の半導体膜の結晶化の流れを示す図。
【図３２】 レーザ照射装置の図。
【図３３】 レーザ照射装置の図。
【図３４】 凸部を有する下地膜の作製方法を示す図。
【図３５】 凸部を有する下地膜の作製方法を示す図。
【図３６】 レーザビームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図３７】 レーザビームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図３８】 レーザビームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図３９】 光学系の図。
【図４０】 重ね合わせたレーザビームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。
【図４１】 レーザビームの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図４２】 レーザビームの中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。
【図４３】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の構造を示す図。
【図４４】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の画素の構造を示す図。
【図４５】 本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。
【図４６】 スタック構造を有するＴＦＴの断面図及びそれを用いた半導体装置の構成の一例。
【図４７】 Ｓ値の度数分布を示す図。
【図４８】 閾値の度数分布を示す図。
【図４９】 移動度の度数分布を示す図。
【図５０】 閾値の度数分布を示す図。
【図５１】 移動度の度数分布を示す図。
Claims (8)
- 所定の間隔を隔てて互いに平行に配列された複数の短冊状の領域と、前記複数の短冊状の領域それぞれの一端に連接して設けられた第１の領域と、前記複数の短冊状の領域それぞれの他端に連接して設けられた第２の領域とからなる開口部が設けられた絶縁膜を基板上に形成し、
前記開口部及び前記絶縁膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜にレーザ光を照射して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜のうち、前記開口部上に形成された前記結晶性半導体膜を用いて島状の半導体領域を形成し、
前記複数の短冊状の領域上に形成された前記島状の半導体領域の周辺部に設けられた前記絶縁膜をエッチングして、前記複数の短冊状の領域上に形成された前記島状の半導体領域の側面部を露出させ、
前記島状の半導体領域及び前記エッチングされた絶縁膜を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記複数の短冊状の領域上に形成された前記島状の半導体領域の側面部及び上面部と重なるようにゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に第１の絶縁膜を形成し、
所定の間隔を隔てて互いに平行に配列された複数の短冊状の領域と、前記複数の短冊状の領域それぞれの一端に連接して設けられた第１の領域と、前記複数の短冊状の領域それぞれの他端に連接して設けられた第２の領域とからなる開口部が設けられた第２の絶縁膜を前記第１の絶縁膜上に形成し、
前記開口部及び前記第２の絶縁膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜にレーザ光を照射して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜のうち、前記開口部上に形成された前記結晶性半導体膜を用いて島状の半導体領域を形成し、
前記複数の短冊状の領域上に形成された前記島状の半導体領域の周辺部に設けられた前記第２の絶縁膜をエッチングして、前記複数の短冊状の領域上に形成された前記島状の半導体領域の側面部を露出させ、
前記島状の半導体領域及び前記エッチングされた第２の絶縁膜を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記複数の短冊状の領域上に形成された前記島状の半導体領域の側面部及び上面部と重なるようにゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１または２において、前記基板としてガラス基板、石英基板、サファイア基板、または耐熱性を有するプラスチック基板を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１または２において、前記基板として単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、金属基板、またはステンレス基板の表面を絶縁膜で被覆した基板を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至４のいずれか一において、前記レーザ光は連続発振であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至５のいずれか一において、前記レーザ光は、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザから選ばれた一種または複数種を用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至６のいずれか一において、前記レーザ光はスラブ構造増幅器を用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項１乃至７のいずれか一において、前記レーザ光は第２高調波または第３高調波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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