JP5396030B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ結晶化技術を用いて形成した結晶構造を有する半導体膜の作製方法、及びそれを備える薄膜トランジスタ等を有する半導体装置の作製方法に関する。より詳しくは、本発明は、ｎチャネル型薄膜トランジスタ及びｐチャネル型薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法に関する。
近年、ガラス基板上に形成された非晶質半導体膜にレーザビームを照射し、結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶性半導体膜）を形成するレーザ結晶化技術が広く研究されており、多くの提案がなされている。
その結晶性半導体膜を用いるのは、非晶質半導体膜と比較して高い移動度を有するためである。その結果、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用のＴＦＴ、または、画素部用のＴＦＴと駆動回路用のＴＦＴを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置等に、当該結晶性半導体膜を用いたＴＦＴが利用されている。
その結晶化方法には、レーザ結晶化以外にファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）もあるが、レーザ結晶化を用いた場合には、基板の温度をあまり上昇させることなく半導体膜にのみ熱を吸収させ結晶化することができる。そのため基板にガラスやプラスチック等の融点が低い物質を使用できる特色がある。その結果、安価で大面積であり加工が容易なガラス基板を用いることができるようになり、そのレーザ結晶化は生産効率を著しく向上させることができる。
また、レーザ結晶化において、連続発振のレーザビームや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを線状のビームスポットに形成し、走査させながら半導体膜に照射し、固液界面を移動させることにより、半導体膜をラテラル結晶成長させることができる。この方法により、結晶粒の幅が数μｍで長さが数十μｍと非常に大きな結晶（以下、大粒径結晶と称する。）を備える結晶性半導体膜を作製することができる。当該大粒径結晶を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いると、キャリアの移動方向に結晶粒界がほとんど含まれないため、キャリアに対する電気的障害が低くなる。この結果、移動度が数百ｃｍ２／Ｖｓ程度の薄膜トランジスタを作製することが可能となる。
また、ｎ型の薄膜トランジスタのキャリアである電子やｐ型の薄膜トランジスタのキャリアである正孔は結晶の面方位によって移動度が左右される。ｎ型の薄膜トランジスタは面方位が｛００１｝の結晶によりチャネル形成領域が形成された場合、ｐ型の薄膜トランジスタは面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶によりチャネル形成領域が形成された場合において、最大の性能を得ることができる（特許文献１）。
特開２００２−２４６６０６号公報
しかしながら、連続発振のレーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザを用いて形成した大粒径結晶を備える結晶性半導体膜は、隣接する大粒径結晶の面方位がランダムであり、一方向に揃っていない。このため、当該大粒径結晶を備える結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタを作製した場合、異なる薄膜トランジスタにおいてチャネル形成領域の大粒径結晶の面方位の分布が異なる。即ち、異なる薄膜トランジスタの電気特性は、結晶の面方位を反映してばらついたものとなる。
また、薄膜トランジスタのチャネル形成領域に面方位の異なる結晶が複数存在すると、結晶粒界におけるトラップ準位が大きくなるため、薄膜トランジスタの電気特性が低下する。
さらには、ｎ型の薄膜トランジスタに適する面方位を有する結晶、及びｐ型の薄膜トランジスタに適する面方位を有する結晶を備える結晶性半導体膜を作製することが困難である。
そこで本発明は、電子の移動を妨げない面方位を有する結晶の形成を制御することができる結晶性半導体膜の作製方法を提供する。また、正孔の移動を妨げない面方位を有する結晶の形成を制御することができる結晶性半導体膜の作製方法を提供する。また、面方位｛００１｝の結晶で形成したｎ型の薄膜トランジスタと、面方位｛２１１｝または｛１０１｝の結晶で形成したｐ型の薄膜トランジスタとを有する半導体装置の作製方法を提供する。
本発明の一は、絶縁性基板上に形成した半導体膜上面にキャップ膜を形成し、半導体膜を膜厚方向に完全溶融することが可能なレーザビームを半導体膜に照射し、半導体膜を完全溶融させて、結晶の面方位が制御された結晶性半導体膜を形成することを特徴とする。
また、絶縁性基板上に形成した半導体膜上面にキャップ膜を形成し、連続発振のレーザビーム又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射して結晶の面方位が制御された結晶性半導体膜を形成することを特徴とする。
キャップ膜は半導体膜を溶融するのに十分なエネルギーのレーザビームを透過する膜を用いる。半導体膜上面にキャップ膜を形成し、半導体膜にレーザビームを照射すると、キャップ膜には反射防止効果や蓄熱効果があるため、レーザビームが半導体膜に吸収され発生する熱を、半導体膜の結晶化に効率的に利用することが可能であり、より低いエネルギーで半導体膜を結晶化することができる。
また、半導体膜上面にキャップ膜が形成された状態で、レーザビームが照射されると、溶融した半導体の融液の蒸発を低減することが可能である。このため、半導体の融液の粘度の低下を抑えることができる。また、半導体膜上にキャップ膜を形成することで、一定の力を半導体膜にかけることができる。この結果、ラテラル結晶成長時の半導体融液の乱流を抑制することが可能となり、結晶性半導体膜の結晶の面方位の制御が容易となる。
また、半導体膜に吸収されるレーザビームのエネルギーにより、半導体膜の溶融状態が異なる。ここでは、半導体膜が完全に溶融する下限のエネルギーまたはそれよりわずかに高いエネルギーを半導体膜に吸収させる。半導体膜に与える熱量を必要最小限に抑えることで、半導体の融液の蒸発を低減し、ラテラル結晶成長時の半導体の融液の乱流を抑制することが可能となる。この結果、一方向に面方位が制御された大粒径結晶を形成することができる。
また、レーザビームの走査速度及びパワーにより半導体膜に吸収されるエネルギーが異なる。また、当該吸収熱により、半導体膜の溶融時間も異なる。また、半導体膜の溶融時間により結晶性半導体膜の結晶の面方位も異なる。このため、半導体膜の溶融時間を制御することで、面方位を制御することができる。
即ち、半導体膜上面にキャップ膜が形成された状態で、半導体膜に吸収されるレーザビームのエネルギーをレーザビームの走査速度及びパワーで制御することで、半導体の融液の粘度の低下を抑えることができ、半導体の融液の乱流を抑制し、結晶性半導体膜の結晶の面方位、及び結晶粒の大きさを制御することが可能である。この結果、大粒径結晶であり、面方位が制御された結晶性半導体膜を形成することができる。
また、半導体膜の上面にキャップ膜を形成し、パワー及び走査速度が制御された連続発振のレーザビーム又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射することで、結晶核の発生の制御、半導体の融液の粘度の制御、半導体膜に吸収されるエネルギーの制御、半導体膜の溶融時間の制御等により、結晶の面方位及び粒径を制御することができる。
この結果、表面の面方位が｛００１｝の結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。また、表面の面方位が｛２１１｝の結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。また、表面の面方位が｛１０１｝の結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。また、表面の面方位が｛００１｝の結晶領域と、表面の面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を有する結晶性半導体膜を形成することができる。
また、面方位｛００１｝の結晶領域を用いてｎチャネル型の薄膜トランジスタと、面方位｛２１１｝または面方位｛１０１｝の結晶領域を用いてｐチャネル型の薄膜トランジスタを作製することができる。
本発明により、結晶の面方位を制御した結晶性半導体膜を形成することができる。また、表面の面方位が｛００１｝の結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。また、表面の面方位が｛２１１｝の結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。また、表面の面方位が｛１０１｝の結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。また、表面の面方位が｛００１｝の結晶領域と、表面の面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を有する結晶性半導体膜を形成することができる。
さらには、表面の面方位が｛００１｝を有する結晶領域を用いて形成したｎチャネル型薄膜トランジスタと、表面の面方位が｛１０１｝または｛２１１｝を有する結晶領域を用いて形成したｐチャネル型薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる形態で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、非晶質半導体膜上にキャップ膜を形成し、当該キャップ膜を介して非晶質半導体膜に連続発振のレーザビーム又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを照射して、表面の面方位が｛００１｝の結晶と、面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶を有する結晶性半導体膜の作製方法について、図１、図６乃至図８を用いて示す。
まず、図１（Ａ）に図示するとおり、絶縁表面を有する基板１００の片面に、下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成する。下地膜として機能する絶縁膜１０１は、厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍの酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素より窒素の含有量の多い窒素酸化珪素膜、窒素より酸素の含有量の多い酸化窒化珪素膜等を適宜用いて形成する。ここでは、絶縁表面を有する基板１００として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用いる。また、下地膜として機能する絶縁膜１０１を、厚さ５０ｎｍの窒化酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成した後、厚さ１００ｎｍの酸化窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。
なお、下地膜として機能する絶縁膜１０１は、必要に応じて設ければよく、基板１００がガラスの場合は、ガラスからの不純物が半導体膜１０２に拡散することを防止するものであるが、基板１００として石英基板を用いた場合は、下地膜として機能する絶縁膜１０１を設ける必要はない。また、絶縁膜１０１と基板１００との間に剥離膜を設け、工程終了後に基板１００から半導体素子を剥離してもよい。
次に、絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さの非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
その半導体膜１０２については、本実施の形態では非晶質珪素を用いるが、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（０＜ｘ＜０．１））なども用いることができるし、さらに単結晶がダイヤモンド構造であるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用いることができる。
また、その半導体膜１０２が非晶質半導体膜である場合、半導体膜１０２を形成した後、半導体膜を加熱してもよい。当該加熱処理は、非晶質半導体膜から水素を出すための処理である。なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜１０２から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜１０２に含まれる水素が少なければ省略できる。ここでは、半導体膜１０２を、電気炉内で５００℃、１時間加熱する。
本実施の形態においては、半導体膜１０２として非晶質珪素の例を示したが、多結晶珪素を使用してもよく、それは、例えば、非晶質珪素成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金等の元素を微量添加し、その後５００〜７５０℃にて１分〜１０時間の熱処理を施すことによって形成することができる。
次に、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のＳｉＮｘＯｙ（０≦ｘ≦１．５、０≦ｙ≦２、０≦４ｘ＋３ｙ≦６）膜を形成する。特に注意すべきは、このキャップ膜１０３については、薄すぎると後に形成される結晶性半導体膜の面方位を制御することが難しくなるため、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さで成膜するのが好ましい。
キャップ膜１０３は、モノシラン、アンモニア及び亜酸化窒素を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。なお、亜酸化窒素は酸化剤として用いるものであり、その代わりに酸化作用のある酸素を用いてもよい。このようなガスを用いることで、窒素より酸素の含有量が多い酸化窒化珪素（以下、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）と示す。）膜を形成することができる。また、キャップ膜１０３は、モノシラン、及びアンモニアを反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。このようなガスを用いることで、酸素より窒素の含有量が多い窒化酸化珪素（以下、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）と示す。）膜を形成することができる。
キャップ膜１０３については、レーザビームの波長に対し十分な透過率を持ち、熱膨張係数などの熱的な値や延性などの値が隣接する半導体膜と近いものであることが好ましい。さらに、キャップ膜１０３は、後に形成される薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と同等の固く、エッチング速度の遅い緻密な膜であることが好ましい。一例としては、７．１３％フッ化水素アンモニウム及び１５．４％フッ化アンモニウムの混合水溶液またはフッ酸水溶液を用い２０℃でエッチングしたときのエッチング速度が１ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下、好ましくは１０ｎｍ／分以上１３０ｎｍ／分以下である緻密な膜であることが望ましい。また、一例としては、ハイドロフルオロカーボンガスによるドライエッチングのエッチング速度が１００ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下、好ましくは１１０ｎｍ／分以上１３０ｎｍ／分以下である緻密な膜であることが望ましい。このような固く緻密な膜は、例えば成膜レートを低くすることにより形成することができる。キャップ膜１０３として、緻密な膜を形成することで、熱導電率が高まり、キャップ膜及び半導体膜に照射されたレーザビームによる過剰な蓄熱を防止する。このため半導体の融液の蒸発を低減することが可能であるため、半導体の融液の粘度の低下を抑えることができ、半導体の融液の乱流を抑制することができる。
また、半導体膜上面にキャップ膜が形成された状態で、レーザビームが照射されると、半導体の融液の蒸発を低減することが可能であるため、半導体の融液の粘度の低下を抑えることができ、半導体の融液の乱流を抑制することができる。また、半導体膜表面上にキャップ膜を形成することで、一定の力が半導体膜にかかるため、半導体の融液の乱流を抑制することが可能である。この結果、結晶性半導体膜の結晶の面方位の制御が容易となる。
なお、キャップ膜に水素が多く含まれている場合には、半導体膜１０２と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。
次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体膜１０２の一部に第１のレーザビーム１０５を照射し、表面の面方位が｛００１｝である結晶領域１０６を形成する。なお、結晶領域１０６における結晶の表面の面方位が｛００１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。
第１のレーザビーム１０５は、キャップ膜１０３側から半導体膜１０２に照射することができる。また、基板１００が透光性を有する場合は、基板１００側から半導体膜１０２に照射することができる。ここでは、キャップ膜１０３側から半導体膜１０２に第１のレーザビーム１０５を照射する。
第１のレーザビーム１０５としては、半導体膜が完全に溶融する下限のエネルギーまたはそれよりわずかに高いエネルギーが好ましい。半導体膜に与える熱量を必要最小限に抑えることで、半導体の融液の乱流を抑制することが可能であり、乱流による必要以上の結晶核の発生を抑制することができる。この結果、大粒径結晶を形成することができる。
ここで、図６を用いてレーザビームの走査速度及びパワーの関係と、形成される結晶性半導体膜の表面の面方位について説明する。図６は、横軸にレーザビームの走査速度を示し、縦軸にレーザビームのパワーを示す。
領域１４１は、結晶が大粒径結晶であり、且つ表面の面方位が｛００１｝の結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。なお、結晶の面方位については、（１００）、（０１０）、（００１）、さらには前記面方位それぞれの１が−１である面方位のように等価な面方位群をまとめて｛００１｝と表記している。
領域１４２は、結晶が大粒径結晶であり、且つ表面の面方位が｛２１１｝の結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。なお、結晶の面方位については、（２１１）、（１２１）、（１１２）、さらには前記面方位それぞれ１及び２の一方または両方が負の値である面方位のように等価な方位群をまとめて｛２１１｝と表記している。
領域１４３は、結晶が大粒径結晶であり、且つ表面の面方位が｛１０１｝の結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。なお、結晶の面方位については、（１０１）、（０１１）、（１１０）、さらには前記面方位それぞれの１が−１である面方位のように等価な面方位群をまとめて｛１０１｝と表記している。
領域１４４は、小粒径結晶を有する結晶性半導体膜を形成する領域である。なお、小粒径結晶とは、結晶の形状が概略円形であり、結晶粒径がサブミクロンである。このような結晶は、半導体膜を膜厚方向に完全に溶融するのには不十分なパワーのレーザビームが半導体膜に照射されたため形成される。
領域１４５は、結晶性半導体膜の一部が蒸発してしまう領域である。領域１４６は、結晶が大粒径結晶であり、且つ結晶の面方位がランダムである結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。このような結晶は、大粒径結晶を形成するために必要なエネルギー以上の過剰なエネルギーが半導体膜中に供給されるため、乱流が多数発生し、面方位がランダムな結晶となる。
第１のレーザビーム１０５の走査速度及びパワーは、図６の領域１４１に含まれることが好ましい。即ち、レーザビーム１０５のパワーは、小粒径結晶を形成する範囲より高く、表面（観察面Ａ）の面方位が｛２１１｝の結晶を形成する範囲より小さいことが好ましい。この結果、結晶の表面の面方位が｛００１｝の結晶領域を形成することができる。なお、結晶領域１０６における結晶の表面の面方位が｛００１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。結晶領域１０６における結晶の表面の面方位｛００１｝が４割以上１０割以下であると、電子の移動を妨げない面方位の配向率が高く、当該結晶を用いることで、ｎチャネル型薄膜トランジスタの移動度を向上させることができる。
なお、第１のレーザビーム１０５を用いて半導体膜を結晶化すると、レーザビームの走査方向と平行な方向と、表面とは平行であり且つレーザビームの走査方向に垂直な方向のそれぞれにおいても、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、交差する３面において、それぞれ一定の面方位が一定割合以上である結晶を形成することができる。この結果、単結晶構造に近い多結晶領域を形成することができる。
次に、図１（Ｃ）に示すように、半導体膜１０２の一部に第２のレーザビーム１０８を照射し、表面の面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を形成する。なお、結晶領域１１０における表面の面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶は４割以上１０割以下であることが好ましい。
第２のレーザビーム１０８は、キャップ膜１０３側から半導体膜１０２に照射することができる。また、基板１００が透光性を有する場合は、基板１００側から半導体膜１０２に照射することができる。ここでは、キャップ膜１０３側から半導体膜１０２に第２のレーザビーム１０８を照射する。
また、第２のレーザビーム１０８の走査速度及びパワーは、図６の領域１４２に含まれてもよい。即ち、第２のレーザビーム１０８のパワーが、小粒径結晶を形成する範囲、または表面の面方位が｛００１｝の結晶を形成する範囲より高く、半導体膜の一部がアブレーションする範囲、または面方位がランダムな大粒径結晶を形成する範囲より低いことが好ましい。この結果、結晶の表面の面方位が｛２１１｝の結晶領域を形成することができる。なお、結晶領域１１０における結晶の表面の面方位が｛２１１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。結晶領域１１０における結晶の表面の面方位｛２１１｝が４割以上１０割以下であると、正孔の移動を妨げない面方位の配向率が高く、当該結晶を用いることで、ｐチャネル型薄膜トランジスタの移動度を向上させることができる。
また、第２のレーザビーム１０８の走査速度及びパワーは、図６の領域１４３に含まれてもよい。即ち、第２のレーザビームのパワーが、小粒径結晶を形成する範囲より高く、半導体膜の一部がアブレーションする範囲、または面方位がランダムな大粒径結晶を形成する範囲より低いことが好ましい。この結果、結晶の表面の面方位が｛１０１｝の結晶領域を形成することができる。なお、結晶領域１１０における結晶の表面の面方位が｛１０１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。結晶領域１１０における結晶の表面の面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下であると、正孔の移動を妨げない面方位の配向率が高く、当該結晶を用いることで、ｐチャネル型薄膜トランジスタの移動度を向上させることができる。
なお、第２のレーザビーム１０８を用いて半導体膜を結晶化すると、レーザビームの走査方向と平行な方向と、表面とは平行であり且つレーザビームの走査方向に垂直な方向のそれぞれにおいても、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、交差する３面において、それぞれ一定の面方位が一定割合以上である結晶を形成することができる。この結果、単結晶構造に近い多結晶領域を形成することができる。
以上により、図１（Ｄ）に示すように、表面の面方位が｛００１｝である結晶領域１０６、及び表面の面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を有する結晶性半導体膜を作製することができる。
ここで、レーザビームを非晶質半導体膜に照射して結晶化する際に用いるレーザ発振器及びビームスポットを形成する光学系に関して説明する。
図７に示すように、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとして、半導体膜１０２に数十％以上吸収される波長のレーザを用いる。代表的には、第２高調波又は第３高調波を用いることができるが、ここでは、合計の最大出力が２０Ｗ、ＬＤ励起（レーザーダイオード励起）の連続発振レーザ（ＹＶＯ４、第２高調波（波長５３２ｎｍ））を用意する。特に第２高調波に限定する必要はないが、第２高調波はエネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れている。
本発明で用いるレーザパワーは、半導体膜を完全に溶融することが可能な範囲であり、かつ表面の面方位が｛００１｝と、｛２１１｝または｛１０１｝とを有する結晶性半導体膜を形成することが可能な範囲である。この範囲よりも低いレーザパワーを用いると、半導体膜を完全に溶融することができず、結晶の面方位が一定方向に揃わず、小粒径結晶を有する結晶性半導体膜が形成されてしまう。よって、図７の場合ではレーザ発振器を２台用意したが、出力が十分であれば１台でもよい。この範囲よりも高いレーザパワーを用いると、半導体膜中に大量の結晶核が発生し、当該結晶核から無秩序な結晶成長が生じるため、結晶粒の位置、大きさ及び面方位が不均一な結晶性半導体膜が形成されてしまう。
連続発振レーザを半導体膜１０２に照射すると、連続的に半導体膜１０２にエネルギーが与えられるため、一旦半導体膜を溶融状態にすると、その状態を継続させることができる。さらに、連続発振レーザを走査することによって半導体膜の固液界面を移動させ、この移動の方向に沿って一方向に長い結晶粒を形成することができる。その際に固体レーザを用いるのは、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理が見込まれるためである。
なお、連続発振レーザに限らず、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振レーザを用いることも可能である。
その際に繰り返し周波数が高いパルス発振レーザを用いると、半導体膜が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザのパルス間隔が短ければ、常に半導体膜を膜厚方向全体において溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動により一方向にラテラル成長した長い結晶粒で構成される半導体膜を形成することができる。
本実施の形態では、レーザ発振器１１ａ、１１ｂにＹＶＯ４レーザを用いたが、代わりにその他の連続発振レーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振レーザを使用することもできる。例えば、気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ等がある。固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ等がある。さらに、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザ等のセラミックスレーザがあり、金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。
また、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとしては、レーザビームをＴＥＭ００（シングル横モード）で発振して射出することもでき、このようにすると被照射面において得られる線状のビームスポットのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
これらのレーザ発振器を用いて射出されたレーザの光学的処理の概要は以下の通りである。レーザ発振器１１ａ、１１ｂからレーザビーム１２ａ、１２ｂをそれぞれ同じエネルギーで射出する。レーザ発振器１１ｂから射出されたレーザビーム１２ｂは、波長板１３を通して偏光方向を変えるが、それは偏光子１４によって互いに偏光方向が異なる２つのレーザビームを合成するためである。
その波長板１３にレーザビーム１２ｂを通した後、ミラー２２で反射させ、偏光子１４にレーザビーム１２ｂを入射させ、その偏光子１４でレーザビーム１２ａとレーザビーム１２ｂを合成し、レーザビーム１２とする。その際には波長板１３及び偏光子１４を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板１３と偏光子１４を調整する。なお、本実施の形態では、レーザビームの合成に偏光子１４を用いているが、偏光ビームスプリッターなどの他の光学素子を用いてもよい。
その偏光子１４によって合成されたレーザビーム１２は、ミラー１５によって反射され、焦点距離が、例えば１５０ｍｍのシリンドリカルレンズ１６及び焦点距離が、例えば２０ｍｍのシリンドリカルレンズ１７によって、レーザビームの断面形状を被照射面１８において線状に整形する。なお、ミラー１５はレーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。
その際には、シリンドリカルレンズ１６は被照射面１８で形成されるビームスポットの長さ方向に作用し、シリンドリカルレンズ１７はその幅方向に作用するものであり、これらにより、被照射面１８において、例えば長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状のビームスポットが形成される。なお、本実施の形態では、線状に成形するためにシリンドリカルレンズを用いているが、これには限らず、球面レンズなどのその他の光学素子を用いてもよいし、シリンドリカルレンズの焦点距離は上記の値に限らず、自由に設定することができる。
また、本実施の形態では、レーザビームの整形を、シリンドリカルレンズ１６、１７を用いて行っているが、レーザビームを線状に引き伸ばすための光学系と、被照射面に細く集光するための光学系を別に設けてもよい。例えば、レーザビームの断面を線状にするためにはシリンドリカルレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることができ、またレーザの媒質の形状が矩形状のものを用いれば射出段階でレーザビームの断面形状を線状にすることも可能である。
本発明では、前記したとおりセラミックレーザを用いることができ、それを用いた場合には、レーザの媒質の形状を比較的自由に整形することが可能であるため、そのようなレーザビームの作製に適している。なお、線状に形成されたレーザビームの断面形状は出来るだけ幅が細い方が好ましく、これにより半導体膜におけるレーザビームのエネルギー密度が上がるため、工程時間を短縮できる。
次に、レーザビームの照射方法について説明する。キャップ膜１０３に覆われた半導体膜１０２が形成された被照射面１８を比較的高速で動作させるため、吸着ステージ１９に固定する。吸着ステージ１９は、Ｘ軸用の一軸ロボット２０とＹ軸用の一軸ロボット２１により、被照射面１８に平行な面上をＸＹ方向に動作でき、線状のビームスポットの長さ方向とＹ軸を一致させて配置する。
それに続いて、ビームスポットの幅方向、つまりＸ軸に沿って被照射面１８を動作させ、レーザビームを被照射面１８に照射する。ここでは、Ｘ軸用の一軸ロボット２０の走査速度を１０ｃｍ／ｓｅｃ以上１００ｃｍ／ｓｅｃ以下、また２台のレーザ発振器からそれぞれ２Ｗ以上１５Ｗ以下のエネルギーでレーザを射出しており、合成後のレーザの出力は４Ｗ以上３０Ｗ以下となる。このようなレーザビームが照射されることによって半導体が完全溶融した領域が形成され、固化される過程で結晶が成長し、本発明の結晶性半導体膜を形成することができる。
なお、ＴＥＭ００モードのレーザ発振器から射出されるレーザビームのエネルギー分布は、一般にガウス分布となるが、レーザビームの照射に用いる光学系によって、直交する３面において面方位が制御された結晶粒が形成される領域の幅を変えることができる。例えば、シリンドリカルレンズアレイやフライアイレンズなどのレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることによって、レーザビームの強度を均一化することができる。
その強度が均一化されたレーザビームを半導体膜１０２に照射することにより、レーザビームが照射された領域において、表面の垂直方向に対する面方位が制御された結晶粒で形成することができる。
なお、本実施の形態では、Ｘ軸用の一軸ロボット２０およびＹ軸用の一軸ロボット２１を用いて、被照射面１８である半導体膜１０２を移動させる方式を用いているが、これに限らず、レーザビームの走査は、被照射面１８を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して被照射面１８を移動させる被照射面移動型、または上記２つの方法を組み合わせた方法も用いることができる。
さらに、上述したように、上記した光学系によって形成されるビームスポットの長軸方向のエネルギー分布はガウス分布であるため、その両端のエネルギー密度の低い箇所では小粒径結晶が形成される。そこで、膜の表面の面方位が制御された結晶を形成するのに充分なエネルギーのみが被照射面１８に照射されるよう、被照射面１８の手前にスリット等を設けレーザビームの一部を切り取る構成としてもよいし、キャップ膜１０３上にレーザビームを反射する金属膜等を成膜し、面方位が制御された結晶を形成したい箇所のみレーザビームが半導体膜に到達するようパターン形成しておいてもよい。
また、レーザ発振器１１ａ及び１１ｂから射出されるレーザビームをより効率的に使用するために、レンズアレイや回折光学素子等のビームホモジナイザを用いて、ビームスポットの長さ方向のエネルギーを一様な分布としてもよい。さらに、形成された結晶性半導体膜の幅の分だけ、Ｙ軸用の一軸ロボット２１を移動させ、再度Ｘ軸用の一軸ロボット２０を所定の速度で走査させることもでき、このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を効率よく結晶化することができる。
次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去し、その後結晶性半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとして結晶性半導体膜のエッチングを行い、所定の形状の結晶性半導体膜を形成する。この後、レジストマスクを除去する。
この工程によって、表面の面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜と、表面の面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を形成することができる。
なお、結晶性半導体膜上にレジストを塗布する前に、結晶性半導体膜の薄膜化を行っても良い。代表的には、結晶性半導体膜の全面の厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるようにエッチングを行っても良い。さらには、結晶性半導体膜上にレジストを塗布し、露光現像を行って所望の形状のレジストを形成し、当該レジストをマスクとして結晶性半導体膜を所望の形状にエッチングした後、所望の形状の結晶性半導体膜の薄膜化を行っても良い。具体的には、所望の形状の結晶性半導体膜の厚さを１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるようにエッチングを行っても良い。このような厚さの薄い結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成すると、チャネル形成領域において完全空乏型薄膜トランジスタとなるため、移動度の高い薄膜トランジスタを作製することができる。
次に、図１（Ｅ）に示すように、表面の面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｎチャネル型薄膜トランジスタ１５０を作製し、表面の面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｐチャネル型薄膜トランジスタ１５１を作製することができる。
次に、本実施の形態で作製した結晶性半導体膜の面方位について述べる。本実施の形態では、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去した結晶性半導体膜の、結晶粒の面方位について、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ；電子後方散乱回折像）測定を行うことが可能であり、まずＥＢＳＰの基本的事項を説明し、ついで補足的説明を加えながら結果について説明する。
ＥＢＳＰとは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）にＥＢＳＰ検出器を接続し、走査型電子顕微鏡内で高傾斜した試料に収束電子ビームを照射したときに発生する個々の結晶の回折像（ＥＢＳＰ像）の方位を解析し、方位データと測定点の位置情報（ｘ，ｙ）から試料の結晶の面方位を測定する方法である。
結晶性半導体膜に電子線を入射させると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶の面方位に特有な線状のパターンも合わせて観察することができる。ここで、この線状のパターンは一般的に菊池線と呼ばれており、ＥＢＳＰ法は、検出器に映った菊池線を解析することによって結晶性半導体膜の結晶の面方位を求めるものである。
通常、多結晶構造の試料は、各結晶粒が異なった面方位を持っている。そこで、結晶性半導体膜の照射位置を移動させる度に電子線を照射し、照射位置ごとに結晶の面方位の解析を行う。このようにして、平坦な表面を持つ結晶性半導体膜の結晶の面方位や配向情報を得ることができ、測定領域が広いほど結晶性半導体膜全体の面方位の傾向を得ることがでるので、測定点が多いほど測定領域中の結晶の面方位の情報を詳細に得ることができる。
本実施の形態において形成される結晶性半導体膜では、以下のようにベクトルａ〜ｃ及び観察面Ａ〜観察面Ｃを設定した。ベクトルａは基板表面及びベクトルｃと垂直であり、ベクトルｃはレーザビームの走査方向（即ち、結晶粒の成長方向）及び基板表面と平行であり、ベクトルｂは基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向である。即ちベクトルａ及びベクトルｃと互いに垂直である。
また、図８に示すように、互いに直交する３つのベクトル（ベクトルａ、ベクトルｂ、ベクトルｃ）がそれぞれ法線ベクトルとなる３面をそれぞれ観察面Ａ、観察面Ｂ、観察面Ｃとする。
本実施の形態では、基板表面及びベクトルｃと垂直であるベクトルａを法線ベクトルとする観察面Ａ（即ち、結晶性半導体膜の表面）における結晶の面方位の生成を制御し、面方位｛００１｝を有する結晶領域と、面方位｛２１１｝または｛１０１｝を有する結晶領域とを形成する。
また、結晶内部の面方位は、結晶の一つの観察面からの測定による面方位のみで決定することはできない。それは、一観察面のみにおいて面方位が一方向に揃っていたとしても、他の観察面において面方位が揃っていなければ、その結晶内部の面方位が揃っているとは言えないからである。このため、少なくとも二つの表面からの面方位、さらにはより多くの面からの情報が多くなるほど、結晶内部の面方位の精度が高くなる。
即ち、測定領域内で３面とも面方位の分布がそれぞれ均一であれば、近似的に単一の結晶と見なすことができる。このため、これら３つの観察面Ａ〜Ｃからの情報より、結晶の面方位を高精度に特定することができる。
半導体膜上にキャップ膜を形成した後、当該キャップ膜を介して連続発振のレーザビームまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域と、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域とを作製することができる。
観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域は電子の移動を妨げない面方位であり、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域は正孔の移動を妨げない面方位である。このため、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成することで、それぞれの移動度を向上させた半導体装置を作製することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なるキャップ膜の構造により、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域と、面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を有する結晶性半導体膜の作製方法について、図２を用いて示す。
実施の形態１と同様に、図２（Ａ）に図示するように、絶縁表面を有する基板１００の片面に、下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成する。次に、絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
また、半導体膜１０２を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。当該加熱処理は、半導体膜１０２が非晶質半導体膜の場合、非晶質半導体膜から水素を出すための処理である。なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜１０２から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜１０２に含まれる水素が少なければ省略できる。
次に、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３ａ、１０３ｂを積層する。キャップ膜１０３ａ、１０３ｂの合計の厚さは２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。また、半導体膜１０２に接するキャップ膜１０３ａの厚さは、５０ｎｍ以上であることが好ましい。半導体膜１０２に接するキャップ膜１０３ａの厚さが５０ｎｍ未満だと、半導体膜１０２にレーザビームを照射したときに、キャップ膜１０３ａが半導体膜１０２に溶融してしまい、半導体膜の膜厚の変化に伴い膜質が変化してしまうためである。
キャップ膜１０３ａ、１０３ｂとしては、組成の異なるＳｉＮｘＯｙ（０≦ｘ≦１．５、０≦ｙ≦２、０≦４ｘ＋３ｙ≦６）膜を形成する。本実施の形態では、キャップ膜１０３ａとして、厚さ１００ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜を形成し、キャップ膜１０３ｂとしては、厚さ３００ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜を形成する。なお、キャップ膜１０３ａ、１０３ｂに水素が多く含まれている場合には、半導体膜１０２と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。
次に、図２（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３ａ、１０３ｂ側から半導体膜１０２の一部に第１のレーザビーム１０５を照射し、観察面Ａの面方位が｛００１｝である結晶領域１０６を形成する。なお、結晶領域１０６における結晶の面方位｛００１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。
なお、実施の形態１で示す第１のレーザビーム１０５を用いて半導体膜１０２を結晶化すると、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれにおいて、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、観察面Ａ、Ｂ、及びＣにおいて、それぞれ一定の面方位が４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である結晶を形成することができる。
次に、図２（Ｃ）に示すように、キャップ膜１０３ａ、１０３ｂ側から半導体膜１０２の一部に実施の形態１で示す第２のレーザビーム１０８を照射し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を形成する。なお、結晶領域１１０における結晶の面方位｛２１１｝または｛１０１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。
なお、実施の形態１に示す第２のレーザビームを用いて半導体膜を結晶化すると、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれにおいて、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、観察面Ａ、Ｂ、及びＣにおいて、それぞれ一定の面方位が４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である結晶を形成することができる。
以上により、図２（Ｄ）に示すように、観察面Ａの面方位が｛００１｝である結晶領域１０６、及び観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を有する結晶性半導体膜を作製することができる。
次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去し、その後結晶性半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとして結晶性半導体膜のエッチングを行い、所定の形状の結晶性半導体膜を形成する。この後、レジストマスクを除去する。
なお、実施の形態１と同様に、結晶性半導体膜の薄膜化を行っても良い。代表的には、結晶性半導体膜の全面の厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるようにエッチングを行っても良い。このような厚さの薄い結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成すると、チャネル形成領域において完全空乏型薄膜トランジスタとなるため、移動度の高い薄膜トランジスタを作製することができる。
以上により、観察面Ａの面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜と、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を形成することができる。
次に、図２（Ｅ）に示すように、観察面Ａの面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｎチャネル型薄膜トランジスタ１５０を作製し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｐチャネル型薄膜トランジスタ１５１を作製することができる。
以上により、半導体膜上にキャップ膜を形成した後、当該キャップ膜を介して連続発振のレーザビームまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域と、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域とを作製することができる。
観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域は電子の移動を妨げない面方位であり、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域は正孔の移動を妨げない面方位である。このため、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成することで、それぞれの移動度を向上させた半導体装置を作製することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なるキャップ膜の構造により、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶と、面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶を有する結晶性半導体膜の作製方法について、図３を用いて示す。
実施の形態１と同様に、図３（Ａ）に図示するように、絶縁表面を有する基板１００の片面に、下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成する。次に、絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
また、半導体膜１０２を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。当該加熱処理は、非晶質半導体膜から水素を出すための処理である。なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜１０２から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜１０２に含まれる水素が少なければ省略できる。
次に、半導体膜１０２上に所定の形状を有するキャップ膜１１１、１１２を形成する。キャップ膜１１１、１１２の厚さは２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。また、キャップ膜１１１、１１２としては、それぞれ組成の異なるＳｉＮｘＯｙ（０≦ｘ≦１．５、０≦ｙ≦２、０≦４ｘ＋３ｙ≦６）膜を形成する。キャップ膜としてＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜を用いると比較的、観察面Ａにおいて、面方位｛００１｝の結晶を優先的に形成しやすい。一方、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜を用いると比較的、観察面Ａにおいて、面方位｛２１１｝または｛１０１｝の結晶を優先的に形成しやすい。このため、後にｎチャネル型薄膜トランジスタを形成する領域には、キャップ膜１１１として、ＳｉＮｘＯｙ膜（ｘ＞ｙ）を形成し、後にｐチャネル型薄膜トランジスタを形成する領域には、キャップ膜１１２として、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜を形成することが好ましい。
プラズマＣＶＤ法等によりＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の一方を非晶質半導体膜上全面に形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストをマスクとして、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の一方を所望の形状にエッチングして、キャップ膜１１１を形成する。次に、キャップ膜１１１及び非晶質半導体膜上にＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の他方を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストをマスクとして、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の他方を所望の形状にエッチングして、キャップ膜１１２を形成する。なお、このとき、キャップ膜１１２と比較して、キャップ膜１１１のエッチング速度が遅い膜を形成することが好ましい。この結果、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の他方をエッチングしつつ、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の一方を残存させることができる。
なお、キャップ膜１１１、１１２に水素が多く含まれている場合には、半導体膜１０２と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。
次に、図３（Ｂ）に示すように、キャップ膜１１１側から半導体膜１０２の一部に実施の形態１に示す第１のレーザビーム１０５を照射し、観察面Ａの面方位が｛００１｝である結晶領域１０６を形成する。なお、結晶領域１０６における結晶の観察面Ａの面方位｛００１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。
なお、実施の形態１に示す第１のレーザビーム１０５を用いて半導体膜を結晶化すると、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれにおいて、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、観察面Ａ、Ｂ、及びＣにおいて、それぞれ一定の面方位が４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である結晶を形成することができる。
次に、図３（Ｃ）に示すように、キャップ膜１１２側から半導体膜１０２の一部に、実施の形態１に示す第２のレーザビーム１０８を照射し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を形成する。なお、結晶領域１１０における結晶の面方位｛２１１｝または｛１０１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。
なお、実施の形態１に示す第２のレーザビームを用いて半導体膜を結晶化すると、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれにおいて、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、観察面Ａ、Ｂ、及びＣにおいて、それぞれ一定の面方位が４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である結晶を形成することができる。
以上により、図３（Ｄ）に示すように、観察面Ａの面方位が｛００１｝である結晶領域１０６、及び観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を有する結晶性半導体膜を作製することができる。
次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜１１１、１１２を除去し、その後結晶性半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとして結晶性半導体膜のエッチングを行い、所定の形状の結晶性半導体膜を形成する。この後、レジストマスクを除去する。
なお、実施の形態１と同様に、結晶性半導体膜の薄膜化を行っても良い。代表的には、結晶性半導体膜の全面の厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるようにエッチングを行っても良い。このような厚さの薄い結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成すると、チャネル形成領域において完全空乏型薄膜トランジスタとなるため、移動度の高い薄膜トランジスタを作製することができる。
以上により、観察面Ａの面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜と、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を形成することができる。
次に、図３（Ｅ）に示すように、観察面Ａの面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｎチャネル型薄膜トランジスタ１５０を作製し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｐチャネル型薄膜トランジスタ１５１を作製することができる。
本実施の形態に示すように、半導体膜上にキャップ膜を形成した後、当該キャップ膜を介して連続発振のレーザビームまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域と、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域とを作製することができる。
観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域は電子の移動を妨げない面方位であり、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域は正孔の移動を妨げない面方位である。このため、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成することで、それぞれの移動度を向上させた半導体装置を作製することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なるキャップ膜の構造により、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶と、面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶を有する結晶性半導体膜の作製方法について、図４を用いて示す。
実施の形態１と同様に、図４（Ａ）に図示するように、絶縁表面を有する基板１００の片面に、下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成する。次に、絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
また、半導体膜１０２を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。当該加熱処理は、非晶質半導体膜から水素を出すための処理である。なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜１０２から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜１０２に含まれる水素が少なければ省略できる。
次に、半導体膜１０２上に所定の形状を有するキャップ膜１１１を形成した後、キャップ膜１１１及び半導体膜１０２上にキャップ膜１１３を形成する。キャップ膜１１１の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。キャップ膜１１３の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。また、キャップ膜１１１、１１３としては、それぞれ組成の異なるＳｉＮｘＯｙ（０≦ｘ≦１．５、０≦ｙ≦２、０≦４ｘ＋３ｙ≦６）膜を形成する。キャップ膜を積層することにより、多層膜干渉効果により半導体膜に実効的に吸収される熱量が変化するため、半導体膜の溶融時間が変化する。この結果、結晶性半導体膜の結晶の面方位を制御することができる。
キャップ膜において、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜は、観察面Ａにおいて、面方位｛００１｝の結晶を優先的に形成しやすい。一方、ＳｉＮｘＯｙ膜（ｘ＜ｙ）は、観察面Ａにおいて、面方位｛２１１｝または｛１０１｝の結晶を優先的に形成しやすい。このため、後にｎチャネル型薄膜トランジスタを形成する領域には、キャップ膜１１１として、酸素の組成比より窒素の組成比のほうが大きいＳｉＮｘＯｙ膜を形成し、後にｐチャネル型薄膜トランジスタを形成する領域には、キャップ膜１１３として、窒素の組成比より酸素の組成比のほうが大きいＳｉＮｘＯｙ膜を形成することが好ましい。
キャップ膜１１１、１１３は、プラズマＣＶＤ法等によりＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の一方を非晶質半導体膜上全面に形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストをマスクとして、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の一方を所望の形状にエッチングして、キャップ膜１１１を形成する。次に、キャップ膜１１１及び非晶質半導体膜上にＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）の他方を形成して、キャップ膜１１３を形成する。なお、このとき、キャップ膜１１３と比較して、キャップ膜１１１のエッチング速度が遅い膜を形成することが好ましい。
本実施の形態のキャップ膜は、一方のキャップ膜（ここではキャップ膜１１１）を所定の形状に形成し、他方のキャップ膜（ここでは、キャップ膜１１３）は所定の形状とせず、基板上方全面に形成している。このため、実施の形態３と比較して、工程数を削減することができる。
なお、キャップ膜１１１、１１３に水素が多く含まれている場合には、半導体膜１０２と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。
次に、図４（Ｂ）に示すように、キャップ膜１１１、１１３側から半導体膜１０２の一部に第１のレーザビーム１０５を照射し、観察面Ａの面方位が｛００１｝である結晶領域１０６を形成する。なお、結晶領域１０６における結晶の観察面Ａの面方位｛００１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。
なお、実施の形態１に示す第１のレーザビームを用いて半導体膜を結晶化すると、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれにおいて、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、観察面Ａ、Ｂ、及びＣにおいて、それぞれ一定の面方位が一定割合以上である結晶を形成することができる。
次に、図４（Ｃ）に示すように、キャップ膜１１３側から半導体膜１０２の一部に第２のレーザビーム１０８を照射し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を形成する。なお、結晶領域１１０における結晶の面方位｛２１１｝または｛１０１｝は４割以上１０割以下であることが好ましい。
なお、実施の形態１に示す第２のレーザビーム１０８を用いて半導体膜を結晶化すると、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれにおいて、一方向に面方位を有する結晶を４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下で形成することができる。すなわち、観察面Ａ、Ｂ、及びＣにおいて、それぞれ一定の面方位が一定割合以上である結晶を形成することができる。
以上により、図４（Ｄ）に示すように、観察面Ａの面方位が｛００１｝である結晶領域１０６、及び観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝である結晶領域１１０を有する結晶性半導体膜を作製することができる。
次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜１１１、１１３を除去し、その後結晶性半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとして結晶性半導体膜のエッチングを行い、所定の形状の結晶性半導体膜を形成する。この後、レジストマスクを除去する。
なお、実施の形態１と同様に、結晶性半導体膜の薄膜化を行っても良い。代表的には、結晶性半導体膜の全面の厚さが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるようにエッチングを行っても良い。このような厚さの薄い結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成すると、チャネル形成領域において完全空乏型薄膜トランジスタとなるため、移動度の高い薄膜トランジスタを作製することができる。
この工程によって、観察面Ａの面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜と、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を形成することができる。
次に、図４（Ｅ）に示すように、観察面Ａの面方位が｛００１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｎチャネル型薄膜トランジスタ１５０を作製し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝で所定の形状を有する結晶性半導体膜を用いてｐチャネル型薄膜トランジスタ１５１を作製することができる。
以上に示すように、半導体膜上にキャップ膜を形成した後、当該キャップ膜を介して連続発振のレーザビームまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域と、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域とを作製することができる。
観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域は電子の移動を妨げない面方位であり、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域は正孔の移動を妨げない面方位である。このため、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成することで、それぞれの移動度を向上させた半導体装置を作製することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で示す観察面Ａにおいて面方位｛００１｝の結晶領域、面方位｛２１１｝の結晶領域、及び面方位｛１０１｝の結晶領域を作製することが可能な、レーザビームのパワー及び走査速度について、図６を用いて説明する。
ここでは、基板上に下地膜として機能する絶縁膜として、厚さ５０ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜をプラズマＣＶＤ法により形成した後、厚さ１００ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。次に、絶縁膜上に、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
また、その半導体膜を形成した後、非晶質珪素膜から水素を出すための熱処理を行った後、半導体膜上にキャップ膜を形成する。キャップ膜としては、厚さ４００ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）、または厚さ５００ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）を形成する。この膜のエッチング速度は、一例としては、７．１３％フッ化水素アンモニウム及び１５．４％フッ化アンモニウムの混合水溶液またはフッ酸水溶液を用い２０℃でエッチングしたときのエッチング速度が１ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下、好ましくは１０ｎｍ／分以上１３０ｎｍ／分以下である。また、一例としては、ハイドロフルオロカーボンガスによるエッチングのエッチング速度が１００ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下、好ましくは１１０ｎｍ／分以上１３０ｎｍ／分以下である。なお、キャップ膜として、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）は、モノシラン、及びアンモニアを反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて形成する。また、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）は、モノシラン、アンモニア及び亜酸化窒素を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて形成する。
なお、キャップ膜を形成すると多層膜干渉効果により、半導体膜の光吸収率は変化し、当然、キャップ膜の膜厚によっても変動する。また、半導体膜は、固体の状態と融液の状態では、光の吸収係数が異なることが知られており、両者の差が小さいほど、ラテラル結晶成長のレーザパワーマージンは広くなる。つまり、固体の半導体膜にレーザビームが照射され、半導体膜が溶融された瞬間に吸収率が急上昇するような場合、半導体膜はアブレーションしやすくなる。従って、図６におけるレーザパワーは、半導体膜やキャップ膜の膜厚によって相対的に変動することは言うまでもない。
この後、キャップ膜を介して非晶質珪素膜に連続発振または繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを照射する。このときの、レーザビームの走査速度及びパワーと、形成される結晶性珪素膜の観察面Ａの面方位の関係について、図６に示す。
図６において、横軸はレーザビームの走査速度、縦軸はレーザビームのパワーを示す。なお、このときのレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去しており、ビームスポットの面積は５００μｍ×２０μｍとしている。
領域１４１は、結晶が大粒径結晶であり、且つ観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。
領域１４２は、結晶が大粒径結晶であり、且つ観察面Ａの面方位が｛２１１｝の結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。
領域１４３は、結晶が大粒径結晶であり、且つ観察面Ａの面方位が｛１０１｝の結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。
領域１４４は、小粒径結晶を有する結晶性半導体膜を形成することが可能な領域である。
領域１４５は、結晶性半導体膜の一部が蒸発してしまう領域である。
観察面Ａにおいて面方位｛００１｝の結晶を作製することが可能なレーザビームのパワーの範囲は、小結晶粒を形成するレーザビームのパワーより大であり、且つ観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を作製するレーザビームのパワーより小である。即ち、レーザビームの走査速度ｘが１０ｃｍ／ｓｅｃ以上２０ｃｍ／ｓｅｃ以下において、面方位｛００１｝の結晶を作製することが可能なレーザビームのパワーを示す式１以上、且つ観察面Ａにおいて面方位｛００１｝を作製する上限及び面方位｛２１１｝の結晶を作製する下限の中間のレーザビームのパワーを示す式２未満を満たすレーザビームのパワーｙである。また、走査速度ｘが２０ｃｍ／ｓｅｃ以上３５ｃｍ／ｓｅｃ以下において、式１以上、且つ観察面Ａにおいて面方位｛００１｝を作製する上限及び面方位｛２１１｝の結晶を作製する下限の中間のレーザビームのパワーを示す式３未満を満たすレーザビームのパワーｙである。
ｙ ＝ ０．００１２ｘ２＋ ０．０８３ｘ ＋ ４．４ （式１）
ｙ ＝ ０．２８ｘ ＋ ４．２ （式２）
ｙ ＝ −０．０６８３ｘ ＋ １１．１６７ （式３）
観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を作製することが可能なレーザビームのパワーの範囲は、小結晶粒が形成されるレーザビームのパワー、または観察面Ａにおいて面方位｛００１｝の結晶を形成するレーザビームのパワーより大であり、膜のアブレーションが生じる条件未満、または大粒径結晶であるが面方位がランダムな結晶性半導体膜を形成するレーザビームのパワーより小である。
即ち、走査速度ｘが１０ｃｍ／ｓｅｃ以上２０ｃｍ／ｓｅｃ以下において、式２より大、且つ観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を作製することが可能なレーザビームのパワーを示す式４以下を満たすレーザビームのパワーｙである。また、走査速度ｘが２０ｃｍ／ｓｅｃ以上３５ｃｍ／ｓｅｃ以下において、式３より大且つ式４以下を満たすレーザビームのパワーｙであるである。また、走査速度ｘが３５ｃｍ／ｓｅｃ以上５５ｃｍ／ｓｅｃ以下において、式１以上且つ観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を作製することが可能なレーザビームのパワーを示す式５以下を満たすレーザビームのパワーｙであるである。
ｙ ＝ ０．００２７ｘ２ ＋ ０．３６ｘ ＋ ４．２ （式４）
ｙ ＝ −０．３７ｘ ＋ ３３ （式５）
観察面Ａにおいて面方位｛１０１｝の結晶を作製することが可能なレーザビームのパワーの範囲は、小結晶粒が形成されるレーザビームのパワーより大であり、膜のアブレーションが生じる条件未満、または大粒径であるが面方位がランダムとなるレーザビームのパワー未満である。
即ち、走査速度ｘが７０ｃｍ／ｓｅｃ以上９０ｃｍ／ｓｅｃ以下において、式１以上、且つ膜のアブレーションが生じる条件未満、または大粒径結晶であるが面方位がランダムとなるレーザビームのパワーｙ未満である。
上記パワー及び走査速度のレーザビームを選択的に照射することで、面方位｛００１｝の結晶領域及び面方位｛２１１｝の結晶領域を選択的に形成することができる。また、面方位｛００１｝の結晶領域及び面方位｛１０１｝の結晶領域を選択的に形成することができる。また、面方位｛００１｝の結晶領域、面方位｛２１１｝の結晶領域及び面方位｛１０１｝の結晶領域を選択的に形成することができる。
観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域は電子の移動を妨げない面方位であり、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域は正孔の移動を妨げない面方位である。このため、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成することで、それぞれの移動度を向上させた半導体装置を作製することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、非晶質半導体膜上にＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）のキャップ膜を形成し、当該キャップ膜を介して非晶質半導体膜に連続発振のレーザビーム又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを照射して、単結晶構造に近い多結晶構造を持つ半導体膜及びその作製方法について、図５を用いて示す。
まず、図５（Ａ）に図示するとおり、絶縁表面を有する基板１００として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、その片面に、下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成する。下地膜として機能する絶縁膜１０１は、厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍのＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）を適宜用いて形成する。ここでは、下地膜として機能する絶縁膜１０１を、厚さ５０ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜をプラズマＣＶＤ法により形成した後、厚さ１００ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。
次に、絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
その半導体膜１０２については、本実施の形態では半導体膜に非晶質珪素を用いるが、多結晶珪素を用いてもよいし、またシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（０＜ｘ＜０．１））なども用いることができるし、さらに単結晶がダイヤモンド構造であるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いることができる。ここでは、半導体膜１０２として、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。
また、半導体膜が非晶質半導体膜の場合、半導体膜１０２を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。
次に、半導体膜１０２上にキャップ膜１２１として厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のＳｉＮｘＯｙ（０≦ｘ≦４／３、０≦ｙ≦２、ｘ＜ｙ）膜を形成する。特に注意すべきは、このキャップ膜１２１については、薄すぎると後に形成される結晶性半導体膜の面方位を制御することが難しくなるため、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さで成膜する。
キャップ膜１２１は、モノシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）及び亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。なお、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）は酸化剤として用いるものであり、その代わりに酸化作用のある酸素を用いてもよい。
キャップ膜１２１については、レーザビームの波長に対し十分な透過率を持ち、熱膨張係数などの熱的な値や延性などの値が隣接する半導体膜と近いものであることが好ましい。さらに、キャップ膜１２１は、後に形成される薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と同等の、エッチング速度が遅く、固く、緻密な膜であることが好ましい。代表的には７．１３％フッ化水素アンモニウム及び１５．４％フッ化アンモニウムの混合水溶液またはフッ酸水溶液を用い２０℃でエッチングしたときのエッチング速度が１００ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下、好ましくは１１０ｎｍ／分以上１３０ｎｍ／分以下である緻密な膜であることが望ましい。また、ハイドロフルオロカーボンガスによるドライエッチングのエッチング速度が１００ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下、好ましくは１１０ｎｍ／分以上１３０ｎｍ／分以下である緻密な膜であることが望ましい。このような固く緻密な膜は、例えば成膜レートを低くすることにより形成することができる。
次に、図５（Ｂ）に示すように、キャップ膜１２１を介して半導体膜１０２に、連続発振レーザまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振の第１のレーザビーム１０５を照射する。このときのレーザビームの走査速度は１０ｃｍ／ｓｅｃ以上１００ｃｍ／ｓｅｃ以下、レーザビームのパワーは４Ｗ以上２０Ｗ以下とすることが好ましい。当該レーザビームが照射されることによって半導体が完全溶融した領域が形成され、固化される過程である面方位に結晶が成長し、本発明の結晶性半導体膜を形成することができる。ここでは、レーザビームの走査速度は１０ｃｍ／ｓｅｃ以上２０ｃｍ／ｓｅｃ以下、レーザビームのパワーは６．８Ｗ以上９．６Ｗ以下とする。
以上の工程により、図５（Ｃ）に示すように、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶性半導体膜を形成することができる。
次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜１２１を除去し、その後結晶性半導体膜の半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した結晶性半導体膜を除去する。
次に、図５（Ｄ）に示すように、所定の形状の半導体膜を用いて薄膜トランジスタ１５０を形成することができる。
実施の形態１に示すとおり、図８に示すように、互いに直交する３つのベクトル（ベクトルａ、ベクトルｂ、ベクトルｃ）がそれぞれ法線ベクトルとなる３面（観察面Ａ、観察面Ｂ、観察面Ｃ）の情報を総合することによって、高精度で結晶内部の面方位を特定することができる。
結晶性半導体膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２３及び図２４に示す。
本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の表面に対し、６０°の入射角で電子線を入射し、得られるＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。その測定範囲は、５０μｍ×５０μｍであり、この領域において、縦横０．５μｍ毎の格子点状に測定を行った。また、ＥＢＳＰ法の測定面は試料表面であるため、結晶性半導体膜を最上層とする必要があり、図５（Ｃ）に示す工程の後、キャップ膜をエッチングした後に測定を行った。
図２３に示す結晶性半導体膜は、結晶性珪素膜であり、走査速度が２０ｃｍ／秒であり、パワーが９．６Ｗのレーザビームが照射されることにより形成される。
図２３（Ａ）〜（Ｃ）は、各測定点がどの面方位かを示す方位マップ像であり、観察面Ａにおける方位マップ像を図２３（Ａ）に、同様に観察面Ｂにおける方位マップ像を図２３（Ｂ）に、観察面Ｃにおける方位マップ像を図２３（Ｃ）に示す。また、図２３（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２３（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２３（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２３が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Ａでは面方位｛００１｝に強く配向し、観察面Ｂでは面方位｛２０１｝に強く配向し、観察面Ｃでは面方位｛２０１｝に位に強く配向していることが分かる。
即ち、本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、観察面Ａ、Ｂ、Ｃにおいてそれぞれ面方位｛００１｝、｛２０１｝、｛２０１｝に強く配向していることが分かる。
図２３（Ｄ）〜（Ｆ）において、各観察面における出現頻度が高い面方位の配向率の計算結果を示す。図２３（Ｄ）は観察面Ａにおける配向率を求めた結果であり、その配向率は面方位｛００１｝の角度揺らぎの範囲を±１０°以内と決めて、全ての測定点に対する面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより求めた。なお、図２３（Ａ）において色が塗られた領域は、面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
図２３（Ｅ）、（Ｆ）は、図２３（Ｄ）と同様に観察面Ｂ及びＣにおける配向率を求めた結果である。なお、図２３（Ｅ）及び（Ｆ）の色が塗られた領域は、観察面Ｂ及びＣそれぞれにおいての面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）方位の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。また、ｘの値ごとに領域の色を変えており、｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
また、全測定点のうち特定の配向を持つ点の比率を求めた値がＰａｒｔｉｔｉｏｎ Ｆｒａｃｔｉｏｎの値であり、全測定点に対してこの特定の配向を持つ点のうち配向付けの信頼性が高い測定点の配向比率を求めた値がＴｏｔａｌ Ｆｒａｃｔｉｏｎの値である。この結果から、本実施の形態１において形成される結晶性半導体膜の観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が、４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である７２．５％を占める。
図２３（Ｅ）、（Ｆ）は、図２３（Ａ）と同様に観察面Ｂ及びＣにおける配向率を求めた結果である。なお、図２３（Ｅ）及び（Ｆ）の色が塗られた領域は、面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、｛１０１｝それぞれの角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。実施の形態１において形成される結晶性半導体膜の観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２０１｝が、４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下の６３％を占める。また、観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２０１｝が、４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下の６２％を占める。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率、及び｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の配向率（即ち、重複部を除いた｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の配向率の総和）を表１に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
なお、結晶の面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の意味は以下のとおりである。前記した面方位｛ｘ０１｝とは、面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の配向率の総和を示すものである。なお、その際には、面方位｛００１｝ないし｛３０１｝を単純に総計すると、各面方位の一部において重複する部分があるので、面方位｛００１｝ないし｛３０１｝のそれぞれの面方位の重複部は、いずれかの面方位一つにおける配向率のみとして計算した結果を面方位｛ｘ０１｝とした。
Figure 0005396030
以上に示すように、直交する３つの観察面それぞれにおいて結晶の面方位が一つの方向に高い割合で揃っている。つまり、結晶化された領域において、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる近似的に単一の結晶が形成されていることがわかる。このようにして、一辺が数十μｍの領域内で、特定の面方位が非常に高い比率を占める結晶がガラス基板上に形成されることが確認された。
以上の結果より、本実施の形態１で作製した結晶性半導体膜の面方位をＥＢＳＰにより測定すると、観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が、４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下、好ましくは７割以上１０割以下である。また、観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２０１｝が、４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である。また、観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２０１｝が、４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である。
次に、上記結晶性半導体膜の作製工程におけるレーザビームのパワー及び走査速度を変えたときに形成される結晶性珪素膜の面方位を解析した結果を図２４に示す。
走査速度が１０ｃｍ／秒であり、パワーは６．８Ｗのレーザビームを用いて形成した結晶性半導体膜について、ＥＢＳＰ法により測定した結果を以下に示す。なお、ＥＢＳＰ法の測定条件及び試料作製方法に関しては、上記例と同様である。
図２４（Ａ）〜（Ｃ）は、各測定点がどの面方位かを示す方位マップ像で、観察面Ａにおける方位マップ像を図２４（Ａ）に、同様に観察面Ｂにおける方位マップ像を図２４（Ｂ）に、観察面Ｃにおける方位マップ像を図２４（Ｃ）に示す。また、図２４（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２４（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２４（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２４が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Ａでは面方位｛００１｝に強く配向していることが分かる。
図２４（Ｄ）〜（Ｆ）において、各観察面における出現頻度が高い面方位の配向率の計算結果を示す。図２４（Ｄ）は観察面Ａにおける配向率を求めた結果であり、その配向率は面方位｛００１｝の角度揺らぎの範囲を±１０°以内と決めて、全ての測定点に対する面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより求めた。なお、図２４（Ｄ）において色が塗られた領域は、面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。
図２４（Ｅ）、（Ｆ）は、図２４（Ｄ）と同様に観察面Ｂ及びＣにおける配向率を求めた結果である。なお、図２４（Ｅ）及び（Ｆ）の色が塗られた領域は、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれにおいての面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）方位の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。また、ｘの値ごとに領域の色を変えており、｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率、及び｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の配向率（即ち、重複部を除いた｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の配向率の総和）を表２に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表２から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が６割以上の６５％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が６割以上の６８％を占めることがわかる。さらに、観察面Ｃにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が６割以上の７４％を占めることがわかる。さらには、観察面Ｂ及びＣにおいて、ｘが１の面方位を除いた｛ｘ０１｝（ｘ＝０、２、３）の配向率も６割以上を占めることがわかる。
つまり、結晶化された領域において、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる近似的に単一の結晶が形成されていることがわかる。このようにして、一辺が数十μｍの領域内で、特定の面方位が非常に高い比率を占める結晶がガラス基板上に形成されることが確認された。
なお、本発明において作製された結晶性半導体膜は多結晶である。このため、観察面Ａ〜Ｃそれぞれの面方位の配向率においては、結晶粒界等の結晶欠陥が含まれると、各観察面の面方位の配向率は１０割未満となる。また、ＥＢＳＰの測定は、例えば薄膜トランジスタのチャネル領域で測定可能である。即ち、ゲート配線及びゲート絶縁膜で覆われる半導体層で測定可能である。
以上の結果より、本実施の形態で作製した結晶性半導体膜の面方位をＥＢＳＰにより測定すると、観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下、好ましくは７割以上１０割以下である。また、観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の総和が４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下であり、観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の総和が４割以上１０割以下、好ましくは６割以上１０割以下である。
本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる方向に揃っている。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜であり、このような半導体膜を用いると、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能である。例えば、この結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成した場合、単結晶半導体を用いた半導体装置に近い電界効果移動度（モビリティ）を得ることが可能である。
また、そのＴＦＴでは、オン電流値（ＴＦＴがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、しきい値電圧、Ｓ値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。このような効果があるため、ＴＦＴの電気的特性は向上し、そのＴＦＴを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。従って、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、複数の素子間において性能のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。
（実施の形態７）
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置について図９、及び図１０を用いて説明する。図９（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に基板１００上に下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成し、絶縁膜１０１上に半導体膜１０２を形成し、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を形成する。
ここでは、基板１００として、ガラス基板を用い、絶縁膜１０１としては、厚さ４０〜６０ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜及び厚さ８０〜１２０ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜をそれぞれプラズマＣＶＤ法により形成する。また、半導体膜１０２としてプラズマＣＶＤ法により厚さ２０〜８０ｎｍの非晶質半導体膜を形成し、キャップ膜１０３としては、プラズマＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）を形成する。
次に、図９（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３から半導体膜１０２に第１のレーザビーム１０５を照射し、絶縁膜１０１上に、観察面Ａにおける面方位が｛００１｝の結晶領域１０６を形成する。また、キャップ膜１０３から半導体膜１０２に第２のレーザビーム１０８を照射し、絶縁膜１０１上に、観察面Ａにおける面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域１１０を形成する。なお、その際の第１のレーザビーム１０５及び第２のレーザビーム１０８は、半導体膜１０２を溶融することが可能なエネルギーを持ち、同非晶質半導体膜１０２が吸収することが可能な波長を持つレーザビームを選択する。また、レーザビーム１０５及び１０８を照射する前に、非晶質半導体膜やキャップ膜に含まれる水素を出すための加熱処理をしてもよい。
ここでは、レーザビーム１０５及び１０８としてＹＶＯ４の第２高調波を用い、その後、キャップ膜１０３を除去する。キャップ膜１０３の除去方法としては、ドライエッチング、ウェットエッチング、研磨等の各種除去方法を用いることができるが、ここでは、ドライエッチング法によりキャップ膜１０３を除去する。
次に、図９（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜を選択的にエッチングして半導体層２０１〜２０３を形成する。その結晶性半導体膜のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウェットエッチング等を用いることができるが、ここでは、結晶性半導体膜上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。その形成されたレジストマスクを用いてＳＦ６：Ｏ２の流量比を４：１５としたドライエッチング法により、結晶性半導体膜を選択的にエッチングし、その後レジストマスクを除去する。
次いで、図９（Ｄ）に示すように、半導体層２０１〜２０３上にゲート絶縁膜２０４を形成するが、そのゲート絶縁膜は、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）、等の単層又は積層構造で形成する。ここでは、厚さ１０〜１１５ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。その後、ゲート電極２０５〜２０８を形成するが、そのゲート電極２０５〜２０８は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。
金属を用いる場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。さらに、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができ、それに加えて当該金属窒化物からなる第１の層と当該金属から成る第２の層とを積層させた構造としても良い。また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成して形成することができる。さらに、ゲート絶縁膜上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成して形成することができ、その微粒子の代表例としては、金、銀、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金等がある。
ここでは、ゲート絶縁膜２０４上に、膜厚３０ｎｍの窒化タンタル膜及び膜厚３７０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化タンタル膜及びタングステン膜を選択的にエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した形状のゲート電極２０５〜２０８を形成する。
次いで、ゲート電極２０５〜２０８をマスクとして、半導体層２０１〜２０３にそれぞれｎ型を付与する不純物元素及びｐ型を付与する不純物元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域２０９〜２１４及び高濃度不純物領域２１５を形成する。また、ゲート電極２０５〜２０８の一部に重複する低濃度不純物領域２１６〜２２３を形成する。さらに、ゲート電極２０５〜２０８と重複するチャネル領域２０１ｃ〜２０３ｃ、２０３ｄを形成する。
なお、ここではソース領域及びドレイン領域２０９、２１０、２１３、２１４、高濃度不純物領域２１５、及び低濃度不純物領域２１６、２１７、２２０〜２２３に、ｐ型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。また、ソース領域及びドレイン領域２１１、２１２、及び低濃度不純物領域２１８、２１９に、ｎ型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。
この後、半導体層に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行うが、ここでは窒素雰囲気で５５０度４時間の加熱を行う。以上の工程により、薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。なお、薄膜トランジスタ２２５、２２７としてはｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタ２２６としてはｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する。その際にはｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５及びｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６により駆動回路を構成し、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２７は、画素の電極に電圧を印加する素子として機能する。
次に、図１０（Ａ）に示すように、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜を形成する。ここでは、第１の層間絶縁膜として酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。次に、第１の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７のソース領域及びドレイン領域に接続する配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。ここでは、スパッタリング法により、Ｔｉ膜１００ｎｍ、Ａｌ膜７００ｎｍ、Ｔｉ膜１００ｎｍを連続形成した後、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成し、その後、レジストマスクを除去する。
次いで、第１の層間絶縁膜、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０上に、第２の層間絶縁膜２４１を形成するが、その第２の層間絶縁膜２４１としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜またはＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜又はＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜等の無機絶縁膜を用いることができ、これらの絶縁膜を単層又は２以上の複数層で形成すればよい。また、無機絶縁膜を形成する方法としてはスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いればよい。
ここでは、プラズマＣＶＤ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍのＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いてＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９、及び接続端子２４０に達するコンタクトホールを形成すると共に、第２の層間絶縁膜２４１を形成し、その後、レジストマスクを除去する。本実施の形態７のように、第２の層間絶縁膜２４１を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。
次に、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９に接続する第１の画素電極２４２、及び接続端子２４０と接続する導電層２４４を形成するが、液晶表示装置が透光型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を透光性を有する導電膜で形成する。また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を反射性を有する導電膜で形成する。 ここでは、第１の画素電極２４２及び導電層２４４は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
次に、配向膜として機能する絶縁膜２４３を形成するが、その絶縁膜２４３は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層をロールコート法、印刷法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。また、ＳｉＯ２を基板に対して斜めから蒸着して形成することができ、さらに光反応型の高分子化合物に偏光したＵＶ光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させて形成することができるが、ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層を印刷法により印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。
次に、図１０（Ｂ）に示すように、対向基板２５１に第２の画素電極２５３を形成し、第２の画素電極上に配向膜として機能する絶縁膜２５４を形成する。なお、対向基板２５１及び画素電極２５３の間に着色層２５２を設けても良い。その際には、対向基板２５１としては、基板１００と同様のものを適宜選択することができる。また、第２の画素電極２５３は第１の画素電極２４２と同様に形成することができ、配向膜として機能する絶縁膜２５４は絶縁膜２４３と同様に形成することができる。さらに、着色層２５２は、カラー表示を行う場合に必要な層であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色層を各画素に対応して形成する。
次に、基板１００及び対向基板２５１をシール材２５７で貼り合わせるが、その基板１００及び対向基板２５１の間に液晶層２５５を形成する。その液晶層２５５は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４、及びシール材２５７で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。さらに、対向基板２５１の一方にシール材２５７を形成し、シール材に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、対向基板２５１及び基板１００を減圧下においてシール材で圧着することで液晶層２５５を形成することもできる。
シール材２５７としては、熱硬化型のエポキシ樹脂、ＵＶ硬化型のアクリル樹脂、熱可塑方のナイロン、ポリエステル等を、ディスペンサ法、印刷法、熱圧着法等を用いて形成することができる。なお、シール材２５７にフィラーを散布することにより、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つことができるが、ここでは、シール材２５７として熱硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成する。
また、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４の間にスペーサ２５６を設けてもよく、そのスペーサとしては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。さらに、スペーサとしてビーズスペーサを用いてもよいので、ここではスペーサ２５６としてビーズスペーサを用いる。
また、図示しないが、基板１００、対向基板２５１の一方又は両方に偏光板を設ける。
次に、図１０（Ｃ）に示すように、端子部２６３においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子（図１０（Ｃ）においては、ソース配線またはドレイン配線に接続される接続端子２４０を示す。）が形成されている。その接続端子２４０に、導電層２４４及び異方性導電膜２６１を介してＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）２６２を接続しており、前記接続端子２４０は導電層２４４及び異方性導電膜２６１を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。
駆動回路部２６４においては、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成されており、ここでは、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５が配置されている。なお、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６及びｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５によりＣＭＯＳ回路が形成されている。
画素部２６５には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子２５８が形成されており、この液晶素子２５８は、第１の画素電極２４２、第２の画素電極２５３及びその間に充填されている液晶層２５５が重なっている部分である。さらに、その液晶素子２５８が有する第１の画素電極２４２は、薄膜トランジスタ２２７と電気的に接続されている。
以上の工程により液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態７で示す液晶表示装置は、駆動回路部２６４や画素部２６５に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成する。この結果、それぞれの移動度を向上させた液晶表示装置を作製することができる。
また、本実施の形態の薄膜トランジスタの結晶の面方位は、直交する三面においてそれぞれ一定方向に揃っている。このため、複数の薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能であり、その結果、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な液晶表示装置を作製することができる。
（実施の形態８）
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。
図１１（Ａ）に示すように、実施の形態７と同様の工程により、基板１００上に絶縁膜１０１を介して薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成し、その薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜として、酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。さらに、第１の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７の半導体層に接続する配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４を形成する。
次に、第１の層間絶縁膜、配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４上に、第２の層間絶縁膜３１５を形成し、その後薄膜トランジスタ２２７の配線３１３に接続する第１の電極層３１６、及び接続端子３１４と接続する導電層３２０を形成する。その第１の電極層３１６及び導電層３２０は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜３１５を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。
次に、第１の電極層３１６の端部を覆う有機絶縁膜３１７を形成するが、ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って駆動回路、画素領域の第１の電極層３１６、及び画素領域の周辺部における第２の層間絶縁膜３１５が露出されるように有機絶縁膜３１７を形成する。
次に、第１の電極層３１６及び有機絶縁膜３１７の一部上に蒸着法により発光物質を含む層３１８を形成するが、その発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物、または発光性を有する無機化合物で形成する。なお、発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。また、発光物質を含む層３１８を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。
なお、赤色、青色、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の画素を設けることにより消費電力を削減することが可能である。
次に、発光物質を含む層３１８、及び有機絶縁膜３１７上に第２の電極層３１９を形成するが、ここでは、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。その結果、第１の電極層３１６、発光物質を含む層３１８、及び第２の電極層３１９により発光素子３２１を構成する。
発光物質を含む層３１８に用いる材料として、有機化合物の単層もしくは積層、或いは無機化合物の単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本明細書においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。発光素子中の各層については積層法を限定するものではない。積層が可能ならば、真空蒸着法やスピンコート法、インクジェット法、ディップコート法など、どの様な手法を選んでも良いものとする。
次に、図１１（Ｂ）に示すように、第２の電極層３１９上に保護膜３２２を形成する。その保護膜は、発光素子３２１や保護膜３２２に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものであり、保護膜３２２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素（ＣＮ）、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。
さらに、シール材３２３で封止基板３２４を基板１００上に形成される第２の層間絶縁膜３１５と貼り合わせることにより、基板１００、封止基板３２４、およびシール材３２３で囲まれた空間３２５に発光素子３２１が備えられた構造になっている。なお、空間３２５には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材３２３で充填される場合もある。
なお、シール材３２３にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましく、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板３２４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステル、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
次に、図１１（Ｃ）に示すように、実施の形態７と同様に異方性導電層３２６を用いてＦＰＣ３２７を接続端子３１４に接する導電層３２０と貼りつける。以上の工程により、アクティブマトリクス型発光素子を有する半導体装置を形成することが出来る。
ここで本実施の形態８において、フルカラー表示する場合の画素における等価回路図を図１２に示す。その図１２において、破線で囲まれる薄膜トランジスタ３３２が発光素子を駆動する薄膜トランジスタに対応している。薄膜トランジスタ３３１は薄膜トランジスタ３３２のオン・オフを制御する。なお、発光素子としては、発光物質を含む層を発光性の有機化合物を含む層で形成した有機ＥＬ素子（以下、ＯＬＥＤと示す。）を用いた形態を説明する。
赤色を表示する画素は、薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に赤色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｒが接続され、ソース領域には赤色アノード側電源線３３７Ｒが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、赤色アノード側電源線３３７Ｒに接続された容量素子３３８と接続している。
また、緑色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に緑色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｇが接続され、ソース領域には緑色アノード側電源線３３７Ｇが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、緑色アノード側電源線３３７Ｇに接続された容量素子３３８と接続している。
また、青色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に青色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｂが接続され、ソース領域には青色アノード側電源線３３７Ｂが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、青色アノード側電源線３３７Ｂに接続された容量素子３３８と接続している。
それぞれ色の異なる画素には発光物質を含む層の材料に応じて異なる電圧をそれぞれ印加する。なお、ここでは、ソース配線３３５とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成しているが、これに限られず、ゲート配線３３６とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成してもよい。更には、駆動用の薄膜トランジスタ３３２をマルチゲート電極構造としてもよい。
また、発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよく、代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。その発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。
また、ビデオ信号がデジタルの発光装置においては、画素に入力されるビデオ信号が定電圧（ＣＶ）のものと、定電流（ＣＣ）のものとがあり、ビデオ信号が定電圧のもの（ＣＶ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＶＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＶＣＣ）とがある。そのビデオ信号が定電流のもの（ＣＣ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＣＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＣＣＣ）とがある。さらに、発光装置において、静電破壊防止のための保護回路（保護ダイオードなど）を設けてもよい。
以上の工程によりアクティブマトリクス型発光素子を有する発光装置を作製することが出来る。本実施の形態で示す発光装置は、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成する。この結果、それぞれの移動度を向上させた発光装置を作製することが出来る。
また、本実施の形態の薄膜トランジスタの結晶の面方位は、直交する三面においてそれぞれ一定方向に揃っている。このため、発光素子を駆動する薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。この結果、発光素子の輝度のばらつきを低減することが可能であり、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な発光装置を作製することができる。
（実施の形態９）
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製工程を図１３〜１６を用いて説明する。また、半導体装置の構成について図１７を用いて説明し、更に本実施の形態で示す半導体装置の用途を図１８を用いて説明する。
図１３（Ａ）に示すように、基板４０１上に剥離膜４０２を形成する。次に、実施の形態１及び２と同様に剥離膜４０２上に絶縁膜４０３を形成し、絶縁膜４０３上に薄膜トランジスタ４０４を形成する。続いて、その薄膜トランジスタ４０４を構成する導電膜を絶縁する層間絶縁膜４０５を形成し、薄膜トランジスタ４０４の半導体層に接続するソース電極及びドレイン電極４０６を形成する。
その後薄膜トランジスタ４０４、層間絶縁膜４０５、ソース電極及びドレイン電極４０６を覆う絶縁膜４０７を形成し、絶縁膜４０７を介してソース電極またはドレイン電極４０６に接続する導電膜４０８を形成する。なお、基板４０１としては、基板１００と同様のものを用いることができる。基板としては金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いることができるが、ここでは、基板４０１としてガラス基板を用いる。
剥離膜４０２は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、珪素（Ｓｉ）から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。なお、剥離膜４０２である珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。
その剥離膜４０２が単層構造の場合には、好ましくは、タングステン層、モリブデン層、若しくはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。
その剥離膜４０２が積層構造の場合には、好ましくは、１層目としてタングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物又は窒化酸化物を形成する。
その剥離膜４０２として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁膜を形成することで、タングステン層と絶縁膜との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。
さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、Ｎ２Ｏプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。これは、タングステンの窒化物、酸化窒化物及び窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）層、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）層を形成するとよい。
タングステンの酸化物は、ＷＯｘで表される。ｘは２≦ｘ≦３の範囲内にあり、ｘが２の場合（ＷＯ２）、ｘが２．５の場合（Ｗ２Ｏ５）、ｘが２．７５の場合（Ｗ４Ｏ１１）、ｘが３の場合（ＷＯ３）などがある。ここでは、スパッタリング法により厚さ２０〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜８０ｎｍのタングステン膜を形成する。なお、上記の工程によると、基板４０１に接するように剥離膜４０２を形成しているが、本発明はこの工程に制約されることはなく、基板４０１に接するように下地となる絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接するように剥離膜４０２を設けてもよい。
剥離膜上に形成される絶縁膜４０３は、絶縁膜１０１と同様に形成することができる。ここでは、一酸化二窒素ガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜４０２表面に酸化タングステン膜を形成した後、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）を形成する。薄膜トランジスタ４０４は、実施の形態７に示す薄膜トランジスタ２２５〜２２７と同様に形成することができる。ソース電極及びドレイン電極４０６は、実施の形態７に示す配線２３４〜２３９と同様に形成することができる。
それらソース電極及びドレイン電極４０６を覆う層間絶縁膜４０５及び絶縁膜４０７は、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができるが、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。その無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）がある。
次に、図１３（Ｂ）に示すように、導電膜４０８上に導電膜４１１を形成する。ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、２００℃で３０分加熱して組成物を焼成して導電膜４１１を形成する。
続いて、図１３（Ｃ）に示すように、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を形成するが、ここでは、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を、エポキシ樹脂を用いて形成する。その際には、エポキシ樹脂の組成物をスピンコート法により塗布し、１６０℃で３０分加熱した後、導電膜４１１を覆う部分の絶縁膜を除去して、導電膜４１１を露出すると共に、厚さ１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの絶縁膜４１２を形成する。なお、ここでは、絶縁膜４０３から絶縁膜４１２までの積層体を素子形成層４１０とする。
次に、図１３（Ｄ）に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザビーム４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射して、図１３（Ｅ）に示すような開口部４１４を形成し、その後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせる。その開口部４１４を形成するために照射するレーザビームとしては、絶縁膜４０３、４０５、４０７、または絶縁膜４１２が吸収する波長を有するレーザビームが好ましく、代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザビームを適宜選択して照射する。
このようなレーザビームを発振することが可能なレーザ発振器としては、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ等のエキシマレーザ発振器、Ｈｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅ、ＨＦ、ＣＯ２等の気体レーザ発振器、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ４、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、ガラス、ルビー等の固体レーザ発振器、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザ発振器を用いることができる。なお、その固体レーザ発振器においては基本波〜第５高調波を適宜適用するのが好ましい。
レーザ照射の結果、絶縁膜４０３、４０５、４０７、４１２がレーザビーム４１３を吸収し溶融して開口部が形成される。なお、レーザビーム４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射する工程を省くことで、スループットを向上させることが可能である。
次に、図１４（Ａ）に示すように、剥離膜４０２及び絶縁膜４０３の界面に形成される金属酸化物膜において、剥離膜を有する基板４０１及び素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する。その際の物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー（機械的エネルギー）を変化させる手段を指しており、その手段は、代表的には機械的な力を加えること（例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを回転させながら分離する処理）である。
本実施の形態９においては、剥離膜と絶縁膜の間に金属酸化膜を形成し、物理的手段により、素子形成層４１０を剥離する方法を用いたがこれに限られない。基板に透光性を有する基板を用い、剥離膜に水素を含む非晶質珪素膜を用い、図１３（Ｅ）の工程の後、基板側からレーザビームを照射して非晶質珪素膜に含まれる水素を気化させて、基板と剥離膜との間で剥離する方法を用いることができる。
また、図１３（Ｅ）の工程の後、基板を機械的に研磨し除去する方法や、基板をＨＦ等の溶液を用いて溶解し基板を除去する方法を用いることができ、この場合、剥離膜を用いなくともよい。さらに、図１３（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ３等のフッ化ガスを導入し、剥離膜をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部４２１を剥離する方法を用いることができる。
また、図１３（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ３などのフッ化ガスを導入し、剥離膜の一部をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する方法を用いることができる。
次に、図１４（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１の絶縁膜４０３に、可撓性基板４２２を貼り付け、その後粘着部材４１５を素子形成層の一部４２１から剥す。ここでは、可撓性基板４２２として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用い、その後、図１４（Ｃ）に示すように、可撓性基板４２２をダイシングフレーム４３２のＵＶシート４３１に貼り付けるが、このＵＶシート４３１は粘着性を有するためＵＶシート４３１上に可撓性基板４２２が固定される。この後、導電膜４１１にレーザビームを照射して、導電膜４１１と導電膜４０８の間の密着性を高めてもよい。続いて、図１４（Ｄ）に示すように、導電膜４１１上に接続端子４３３を形成する。この接続端子４３３を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び接着を容易に行うことが可能である。
次に、図１５（Ａ）に示すように、素子形成層の一部４２１を分断する。ここでは、素子形成層の一部４２１及び可撓性基板４２２にレーザビーム４３４を照射して、図１５（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１を複数に分断する。このレーザビーム４３４は、レーザビーム４１３に例示のレーザビームを適宜選択して適用することができるが、ここでは、絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２、並びに可撓性基板４２２が吸収可能なレーザビームを選択することが好ましい。なお、ここでは、レーザカット法を用いて素子形成層の一部を複数に分断したが、この方法の代わりにダイシング法、スクライビング法等を適宜用いることができ、その結果、分断された素子形成層を薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂと示す。
次に、図１５（Ｃ）に示すように、ダイシングフレーム４３２のＵＶシートにＵＶ光を照射して、ＵＶシート４３１の粘着力を低下させた後、ＵＶシート４３１をエキスパンダ枠４４４で支持する。その際、ＵＶシート４３１を伸ばしながらエキスパンダ枠４４４で支持することで、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの間に形成された溝４４１の幅を拡大することができる。なお、拡大された溝４４６は、後に薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせることが好ましい。
次に、図１６（Ａ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせる。なお、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６には、導電膜４５２ａ、４５２ｂの一部が露出するように、開口部が設けられている。また、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを覆う絶縁膜４５３が可撓性基板４５６上に形成される。
このため、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの接続端子とが、異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂに含まれる導電性粒子４５４ａ、４５４ｂとで接続されるように、位置合わせしながら貼りあわせる。ここでは、アンテナとして機能する導電膜４５２ａと薄膜集積回路４４２ａとが、異方性導電接着剤４５５ａ中の導電性粒子４５４ａによって接続され、アンテナとして機能する導電膜４５２ｂと薄膜集積回路４４２ｂとが、異方性導電接着剤４５５ｂ中の導電性粒子４５４ｂによって接続される。
次に、図１６（Ｂ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６を分断する。ここでは、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６にレーザビーム４６１を照射するレーザカット法により分断を行う。以上の工程により、図１６（Ｃ）に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置４６２ａ、４６２ｂを作製することができる。
なお、図１６（Ａ）において、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせた後、可撓性基板４５６と薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを封止するように可撓性基板４６３を設け、図１６（Ｂ）のように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、レーザビーム４６１を照射して、図１６（Ｄ）に示すような半導体装置４６４を作製してもよい。この場合、分断された可撓性基板４５６、４６３によって、薄膜集積回路が封止されるため、薄膜集積回路の劣化を抑制することが可能である。
以上の工程により、薄型で軽量な半導体装置を歩留まり高く作製することが可能である。本実施の形態で示す半導体装置は、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を用いてｎ型の薄膜トランジスタを形成し、観察面Ａの面方位が｛２１１｝または｛１０１｝の結晶領域を用いてｐ型の薄膜トランジスタを形成する。この結果、それぞれの移動度を向上させた半導体装置を作製することが出来る。
また、本実施の形態の薄膜トランジスタの結晶の面方位は、直交する三面においてそれぞれ一定方向に揃っている。このため、薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。
次に上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成について、図１７を参照して説明する。本実施の形態９の半導体装置は、大別して、アンテナ部２００１、電源部２００２、ロジック部２００３から構成される。そのアンテナ部２００１は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ２０１１からなり、また半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。なお、その伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。
電源部２００２は、アンテナ２０１１を介して外部から受信した信号により電源を作る整流回路２０２１と、作りだした電源を保持するための保持容量２０２２と、各回路に供給する一定電圧を作り出す定電圧回路２０２３からなる。ロジック部２００３は、受信した信号を復調する復調回路２０３１と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路２０３２と、コード認識及び判定回路２０３３と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ２０３４と、符号化した信号を送信する為に変調する変調回路２０３５と、読み出したデータを符号化する符号化回路２０３７と、データを保持するマスクＲＯＭ２０３８とを有する。なお、変調回路２０３５は変調用抵抗２０３６を有する。
コード認識及び判定回路２０３３が認識・判定するコードは、フレーム終了信号（ＥＯＦ：ｅｎｄ ｏｆ ｆｒａｍｅ）、フレーム開始信号（ＳＯＦ：ｓｔａｒｔ ｏｆ ｆｒａｍｅ）、フラグ、コマンドコード、マスク長（ｍａｓｋ ｌｅｎｇｔｈ）、マスク値（ｍａｓｋ ｖａｌｕｅ）等である。また、コード認識及び判定回路２０３３は、送信エラーを識別する巡回冗長検査（ＣＲＣ：ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）機能も含む。
次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図１８を用いて示す。上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置９２１０の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１８（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図１８（Ｃ）参照）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等、図１８（Ｂ）参照）、乗物類（自転車等、図１８（Ｄ）参照）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札（図１８（Ｅ）、図１８（Ｆ）参照）等の物品に設けて使用することができる。
本実施の形態９の半導体装置９２１０は、プリント基板への実装、表面への貼着、埋め込み等により、物品に固定される。例えば、本なら紙への埋め込み、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂へ埋め込み等により、各物品に固定される。本実施の形態の半導体装置９２１０は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。
また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本実施の形態９の半導体装置９２１０を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。
（実施の形態１０）
上記実施の形態７ないし９に示される半導体装置を有する電子機器として、テレビジョン装置（単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラのカメラ、携帯電話装置（単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ）、ＰＤＡ等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニタ、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。その具体例について、図１９を参照して実施の形態１０として説明する。
図１９（Ａ）に示す携帯情報端末は、本体９２０１、表示部９２０２等を含んでおり、表示部９２０２に、上記実施の形態７及び８に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を提供することができる。
図１９（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９７０１、表示部９７０２等を含んでおり、表示部９７０１に、上記実施の形態７及び８に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを提供することができる。
図１９（Ｃ）に示す携帯端末は、本体９１０１、表示部９１０２等を含んでおり、表示部９１０２に、上記実施の形態７及び８に示すものを適用することにより、信頼性の高い携帯端末を提供することができる。
図１９（Ｄ）に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体９３０１、表示部９３０２等を含んでいる。表示部９３０２に、上記実施の形態７及び８に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を提供することができる。
このようなテレビジョン装置は携帯電話などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの（例えば４０インチ以上）まで、幅広く適用することができる。
図１９（Ｅ）に示す携帯型のコンピュータは、本体９４０１、表示部９４０２等を含んでおり、その表示部９４０２に、上記実施の形態７及び８に示すものを適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを提供することができる。
図１９（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、本体９５０１、表示部９５０２等を含んでおり、表示部９５０２に、上記実施の形態７及び８に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を提供することができる。
ここで、テレビジョン装置の構成について、図２０を用いて説明するが、その図２０は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。チューナ９５１１は映像信号と音声信号を受信し、映像信号は、映像検波回路９５１２と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路９５１３と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路９５１４により処理される。
コントロール回路９５１４は、表示パネル９５１５の走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７にそれぞれ信号が出力するものであり、デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路９５１８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７は画素部９５１９を駆動するための回路である。チューナ９５１１で受信した信号のうち、音声信号は音声検波回路９５２１に送られ、その出力は音声信号処理回路９５２２を経てスピーカー９５２３に供給される。制御回路９５２４は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部９５２５から受け、チューナ９５１１や音声信号処理回路９５２２に信号を送出する。
このテレビジョン装置は、表示パネル９５１５を含んで構成されることにより、テレビジョン装置の低消費電力を図ることが可能であり、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を作製することが可能である。なお、本発明はテレビジョン装置に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様として、携帯電話機を図２１を用いて説明する。
携帯電話機は、筐体２７００、２７０６、パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有し（図２１参照）、パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２はパネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。
プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。
パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３に接続される。上記のパネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納され、パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。
パネル２７０１は、画素部と一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路）を基板上にＴＦＴを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路）をＩＣチップ上に形成してもよい。そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）でパネル２７０１に実装してもよく、あるいは、そのＩＣチップをＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。
なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したＩＣチップをＣＯＧ等で実装したパネルの構成の一例を図２２（Ａ）に示す。なお、図２２（Ａ）のパネルは、基板３９００、信号線駆動回路３９０１、画素部３９０２、走査線駆動回路３９０３、走査線駆動回路３９０４、ＦＰＣ３９０５、ＩＣチップ３９０６、ＩＣチップ３９０７、封止基板３９０８、シール材３９０９を有する。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
また、さらに消費電力の低減を図るため、図２２（Ｂ）に示すように基板上にＴＦＴを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をＩＣチップ上に形成し、そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）などで表示パネルに実装してもよい。なお、図２２（Ｂ）の表示パネルは、基板３９１０、信号線駆動回路３９１１、画素部３９１２、走査線駆動回路３９１３、走査線駆動回路３９１４、ＦＰＣ３９１５、ＩＣチップ３９１６、ＩＣチップ３９１７、封止基板３９１８、シール材３９１９を有する。
上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができる。また、コスト削減が可能であり、高性能で信頼性の高い半導体装置を有する電子機器を作製することができる。
本実施例では、観察面Ａにおいて面方位｛００１｝を有する結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２３を用いて説明する。
まず、実施例１の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。実施の形態５で、図５を用いて既に説明したように、基板上に、絶縁膜であるＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜と、ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜とを積層した膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。基板としては、コーニング社製の厚さ０．７ｍｍのガラス基板を使用した。
その際の成膜条件は以下の通りである。
＜ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜＞
・厚さ ５０ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（１０ｓｃｃｍ）
ＮＨ３（１００ｓｃｃｍ）
Ｎ２Ｏ （２０ｓｃｃｍ）
Ｈ２（４００ｓｃｃｍ）
・基板温度 ３００℃
・圧力 ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ５０Ｗ
・電極間距離 ３０ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ２
＜ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜＞
・厚さ １００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（４ｓｃｃｍ）
Ｎ２Ｏ （８００ｓｃｃｍ）
・基板温度 ４００℃
・圧力 ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ５０Ｗ
・電極間距離 １５ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ２
次に、非晶質半導体膜として、非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。非晶質珪素膜の成膜条件は次の通りである。
＜非晶質珪素膜＞
・厚さ ６６ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（２５ｓｃｃｍ）
Ｈ２（１５０ｓｃｃｍ）
・基板温度 ２５０℃
・圧力 ６６．７Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ３０Ｗ
・電極間距離 ２５ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ２
次に、非晶質半導体膜上にキャップ膜１０３としてＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。その際の成膜の条件は次の通りである。
＜ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）膜＞
・厚さ ５００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（４ｓｃｃｍ）
Ｎ２Ｏ（８００ｓｃｃｍ）
・基板温度 ４００℃
・圧力 ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数 ６０ＭＨｚ
・ＲＦパワー １５０Ｗ
・電極間距離 ２８ｍｍ
・電極面積 ８４４．５３ｃｍ２
当該条件で形成したキャップ膜のエッチング速度は、７．１３％のフッ化水素アンモニウム及び１５．４％のフッ化アンモニウムの混合水溶液を用い２０℃でエッチングしたとき１１５ｎｍ／秒以上１３０ｎｍ／秒以下である。また、１０〜２０ｖｏｌ％のフッ酸水溶液を用い２０℃でエッチングしたとき９０ｎｍ／秒以上１００ｎｍ／秒以下である。また、３５〜６０ｓｃｃｍのＣＨＦ３、１２０〜１９０ｓｃｃｍのＨｅを用い、バイアスパワー３６０〜５４０Ｗ、ＩＣＰパワー４０〜６０Ｗ、圧力１〜１０Ｐａ、温度１０〜３０℃でドライエッチングしたとき１１７ｎｍ／秒以上１２８ｎｍ／秒以下である。
また、このときのキャップ膜の密度は２．２ｇ／ｃｍ３である。
得られたキャップ膜１０３の組成を表３に示す。表３にあげた膜の組成は、加熱処理や、レーザ照射する前の状態の値である。表３における組成比は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した。その測定感度は±２％程度である。
Figure 0005396030
キャップ膜１０３を形成した後、電気炉内で６００℃、４時間加熱した。
レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。この実施例では、基板の移動速度を２０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が９．６Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位を解析した結果を図２３に示す。
図２３（Ａ）は、測定領域における観察面Ａの面方位｛００１｝の分布を示す方位マップ像であり、図２３（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、測定領域における観察面Ｂ及び観察面Ｃの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の分布を示す方位マップ像である。また、図２３（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２３（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２３（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２３が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図２３（Ａ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図２３（Ｂ）及び（Ｃ）では、着色部に｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図２３（Ｄ）は、観察面Ａの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域が面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。
図２３（Ｅ）及び（Ｆ）はそれぞれ、観察面Ｂ及び観察面Ｃの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。また、各面方位ごとに色を変えており、各色により｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表４に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。また、観察面Ｂ及びＣにおいては、結晶の面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の配向率をも示す。
Figure 0005396030
表４から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の７３％を占めることがわかる。さらに、観察面Ｂにおける｛２０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の６３％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける｛２０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の６２％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が２０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが９．６Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける｛２０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下であり、観察面Ｃにおける｛２０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例１とは異なる走査速度及びパワーのレーザビームを用いて形成した結晶性半導体膜において、観察面Ａにおいて面方位｛００１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２４を用いて説明する。
まず、実施例２の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜、及びキャップ膜を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で６００℃、４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を１０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が６．８Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２４に示す。
図２４（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。
図２４（Ａ）は、測定領域における観察面Ａの面方位｛００１｝の分布を示す方位マップ像であり、図２４（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、測定領域における観察面Ｂ及び観察面Ｃの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の分布を示す方位マップ像である。図２４（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２４（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２４（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２４が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図２４（Ａ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図２４（Ｂ）及び（Ｃ）ではそれぞれ、着色部に｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図２４（Ｄ）は、観察面Ａの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域が面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。
図２４（Ｅ）及び（Ｆ）はそれぞれ、観察面Ｂ及び観察面Ｃの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。色ごとに面方位を変えており、各色により｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表５に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。また、観察面Ｂ及びＣにおいては、結晶の面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の配向率をも示す。
Figure 0005396030
表５から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が４割以上１０割以下の６５％を占めることがわかる。さらに、観察面Ｂにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の６８％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の７４％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが６．８Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下であり、観察面Ｃにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、観察面Ａにおいて面方位｛００１｝を有する結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２５を用いて説明する。
まず、実施例２の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、及び非晶質半導体膜を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
その後、電気炉内で５００℃、１時間加熱し、更に５５０℃で４時間加熱した。次いで、加熱により非晶質半導体膜の表面に形成された酸化膜をフッ酸で除去した。このときのフッ酸処理を９０秒とした。この後、オゾンを含む水溶液で非晶質半導体膜に酸化膜を形成し、その後、当該酸化膜をフッ酸で除去した。これは、非晶質珪素膜表面の不純物を十分に除去するためである。このときのオゾンを含む水溶液の処理時間を４０秒、フッ酸処理を９０秒とした。
その際の成膜の条件は次の通りである。
＜ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）膜＞
・厚さ ４００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（１０ｓｃｃｍ）
ＮＨ３（１００ｓｃｃｍ）
Ｎ２Ｏ（２０ｓｃｃｍ）
Ｈ２（４００ｓｃｃｍ）
・基板温度 ３００℃
・圧力 ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数 ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー ５０Ｗ
・電極間距離 ３０ｍｍ
・電極面積 ６１５．７５ｃｍ２
当該条件で形成したキャップ膜のエッチング速度は、７．１３％のフッ化水素アンモニウム及び１５．４％のフッ化アンモニウムの混合水溶液を用い２０℃でエッチングしたとき１２ｎｍ／秒以上１６ｎｍ／秒以下である。また、１０〜２０ｖｏｌ％のフッ酸水溶液を用い２０℃でエッチングしたとき８０ｎｍ／秒以上９０ｎｍ／秒以下である。また、３５〜６０ｓｃｃｍのＣＨＦ３、１２０〜１９０ｓｃｃｍのＨｅを用い、バイアスパワー３６０〜５４０Ｗ、ＩＣＰパワー４０〜６０Ｗ、圧力１〜１０Ｐａ、温度１０〜３０℃のドライエッチングしたとき１１８ｎｍ／秒以上１１９ｎｍ／秒以下である。
また、このときのキャップ膜の密度は２．１ｇ／ｃｍ３である。
得られたキャップ膜１０３の組成を表６に示す。表６にあげた膜の組成は、加熱処理や、レーザ照射する前の状態の値である。表６における組成比は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｔ）を用いて測定した。その測定感度は±２％程度である。
Figure 0005396030
上記キャップ膜の形成工程の後、電気炉内で６００℃、４時間加熱した。
レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。この実施例では、基板の移動速度を１０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が６．４Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２５に示す。
図２５（Ａ）は、測定領域における観察面Ａの面方位｛００１｝の分布を示す方位マップ像であり、図２５（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、測定領域における観察面Ｂの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の分布を示す方位マップ像である。また、図２５（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２５（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２５（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２５が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、 図２５（Ａ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図２５（Ｂ）及び（Ｃ）では、着色部に｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図２５（Ｄ）は、観察面Ａの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域が面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。
図２５（Ｅ）及び（Ｆ）はそれぞれ、観察面Ｂ及び観察面Ｃの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。また、各面方位ごとに色を変えており、各色により｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表７に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。また、観察面Ｂ及びＣにおいては、結晶の面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の配向率をも示す。
Figure 0005396030
表７から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の７６％を占めることがわかる。さらに、観察面Ｂにおける｛３０１｝が４割以上１０割以下の４６％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける｛３０１｝が４割以上１０割以下の５７％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが６．４Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が４割以上１０割以下であり、観察面Ｃにおける｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）が４割以上１０割以下の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例１乃至実施例３とは異なる条件で、観察面Ａにおいて面方位｛００１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２６を用いて説明する。
まず、実施例４の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、及び非晶質半導体膜を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例３と同様である。
次に、電気炉内で５００℃１時間の加熱をした後、フッ酸で非晶質半導体膜表面の酸化膜を除去した。次に、実施例３と同様の条件でキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ））を形成した。
次に、電気炉内で６００℃、４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を２０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が８．８Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２６に示す。
図２６（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。
図２６（Ａ）は、測定領域における観察面Ａの面方位｛００１｝の分布を示す方位マップ像であり、図２６（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、測定領域における観察面Ｂ及び観察面Ｃの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の分布を示す方位マップ像である。また、図２６（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２６（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２６（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２６が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図２６（Ａ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図２６（Ｂ）及び（Ｃ）ではそれぞれ、着色部に｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図２６（Ｄ）は、観察面Ａの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域が面方位｛００１｝の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。
図２６（Ｅ）及び（Ｆ）はそれぞれ、観察面Ｂ及び観察面Ｃの面方位｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。色ごとに面方位を変えており、各色で塗られた領域それぞれが｛００１｝、｛３０１｝、｛２０１｝、｛１０１｝の角度ゆらぎが±１０°以内である面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表８に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。また、観察面Ｂ及びＣにおいては、結晶の面方位｛ｘ０１｝（ｘ＝０、１、２、３）の配向率をも示す。
Figure 0005396030
表８から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛００１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の８３％を占めることがわかる。さらに、観察面Ｂにおける｛３０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の６５％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける｛３０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の７１％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が２０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが８．８Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛００１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける｛３０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下であり、観察面Ｃにおける｛３０１｝が４割以上１０割以下さらには６割以上１０割以下の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２７を用いて説明する。
まず、実施例５の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜、及びキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ））を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で６００℃、４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を１０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が８Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２７に示す。
図２７（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図２７（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２７（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２７（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２７が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図２７（Ａ）〜（Ｃ）それぞれにおいて、着色部に｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図２７（Ｄ）乃至（Ｆ）は、それぞれ観察面Ａ乃至観察面Ｃの面方位｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図２７（Ｄ）〜（Ｆ）において、色が塗られた領域全体が、｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。また、色ごとに面方位を変えており、各色により｛１０１｝、｛１１１｝、｛２１１｝の面方位に対応する領域を区分している。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表９に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表９から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内における面方位｛２１１｝が４割以上の４７％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上の４５％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上の５５％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが８．０Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａにおける面方位が｛２１１｝が４割以上１０割以下の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位が｛１１１｝が４割以上１０割以下であり、観察面Ｃにおける面方位が｛１０１｝が４割以上１０割以下の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例５とは異なる条件で観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２８を用いて説明する。
まず、実施例６の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜、及びキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ））を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で６００℃、４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を２０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が１０．４Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２８に示す。
図２８（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像であり、各マップ図の一辺の長さが５０μｍである。また、図２８（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２８（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２８（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２８が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図２８（Ａ）〜（Ｃ）にはそれぞれ、着色部に｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図２８（Ｄ）乃至（Ｆ）は、観察面Ａ乃至観察面Ｃそれぞれの面方位｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図２８（Ｄ）〜（Ｆ）において、色が塗られた領域全体がそれぞれ、｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。また、色ごとに面方位を変えており、各色により｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１０に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１０から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２１１｝が４割以上１０割以下の４９％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上１０割以下の４８％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の５７％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が２０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが１０．４Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛２１１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上１０割以下の４８％であり、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の５７％の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例５及び６とは異なる条件で観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２９を用いて説明する。
まず、実施例７の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜及び非晶質半導体膜を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内において５００℃で１時間及び５５０℃で４時間加熱した後、実施例１と同様の条件を用いてキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ））を形成した。次に、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を３５ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が１５Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２９に示す。
図２９（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図２９（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図２９（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図２９（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図２９が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図２９（Ａ）〜（Ｃ）それぞれにおいて、着色部に｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図２９（Ｄ）乃至（Ｆ）はそれぞれ、観察面Ａ乃至観察面Ｃの面方位｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図２９（Ｄ）〜（Ｆ）において、色が塗られた領域が、｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。また、色ごとに面方位を変えており、各色により｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１１に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１１から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２１１｝が４割以上１０割以下の４２％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上１０割以下の４１％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の５２％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が３５ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが１５Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛２１１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上１０割以下の４１％であり、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の５２％の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例５乃至７とは異なる条件で観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３０を用いて説明する。
まず、実施例８の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜、及びキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ））を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例３と同様である。
次に、電気炉内で６００℃、４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を１０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が７．２Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３０に示す。
図３０（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図３０（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図３０（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図３０（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図３０が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図３０（Ａ）〜（Ｃ）それぞれにおいて、着色部に｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図３０（Ｄ）乃至（Ｆ）はそれぞれ、観察面Ａ乃至観察面Ｃの面方位｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３０（Ｄ）〜（Ｆ）において、色が塗られた領域が、｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。また、色ごとに面方位を変えており、各色により｛２１１｝、｛１１１｝、及び｛１０１｝の面方位に対応する領域を区分している。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１２に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１２から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２１１｝が４割以上の４９％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上の４８％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上の５８％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が１０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが７．２Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛２１１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上１０割以下の４８％であり、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の５８％の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例５乃至８とは異なる条件で観察面Ａにおいて面方位｛２１１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３１を用いて説明する。
まず、実施例９の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜及び非晶質半導体膜を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で５００℃、１時間加熱した後、実施例３と同様の条件によりキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ））を形成した。次に、６００℃で６時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を２０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が１０．８Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３１に示す。
図３１（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図３１（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図３１（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図３１（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図３１が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図３１（Ａ）では、着色部に｛２１１｝の面方位を有する結晶性珪素膜が形成され、図３１（Ｂ）では、着色部に｛１１１｝の面方位を有する結晶性珪素膜が形成され、図３１（Ｃ）では、着色部に｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図３１（Ｄ）は、観察面Ａの面方位｛２１１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３１（Ｅ）は、観察面Ｂの面方位｛１１１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３１（Ｆ）は、観察面Ｃの面方位｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３１（Ｄ）〜（Ｆ）において、色が塗られた領域全体が、それぞれ｛２１１｝、｛１１１｝、｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±１０°以内である面方位を示す領域である。また、色ごとに面方位を変えており、各色により｛２１１｝、｛１１１｝、｛１０１｝面方位に対応する領域を区分している。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１３に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１３から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛２１１｝が４割以上の４９％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上の４７％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上の６０％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が２０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが１０．８Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛２１１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１１１｝が４割以上１０割以下の４７％であり、観察面Ｃにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の６０％の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、観察面Ａにおいて面方位｛１０１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３２を用いて説明する。
まず、実施例１０の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜、及びキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ））を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で６００℃、４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を７０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が２８Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３２に示す。
図３２（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図３２（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図３２（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図３２（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図３２が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図３２（Ａ）及び（Ｂ）では、着色部に｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図３２（Ｃ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図３２（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ、観察面Ａ及びＢの面方位｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３２（Ｆ）は、観察面Ｃの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３２（Ｄ）及び（Ｅ）において、色が塗られた領域全体が、｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。図３２（Ｆ）において、色が塗られた領域全体が、｛００１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１４に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１４から観察面Ａにおける結晶の面方位は±２０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛１０１｝が４割以上の５４％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上の４５％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上の５１％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が７０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが２８Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛１０１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の４５％であり、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上１０割以下の５１％の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例１０とは異なる条件により、観察面Ａにおいて面方位｛１０１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３３を用いて説明する。
まず、実施例１１の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜、及びキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ））を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で６００℃、４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を９０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が２８Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３３に示す。
図３３（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図３３（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図３３（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図３３（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図３３が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図３３（Ａ）及び（Ｂ）では、着色部に｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図３３（Ｃ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図３３（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ、観察面Ａ及びＢの面方位｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３３（Ｆ）は、観察面Ｃの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３３（Ｄ）及び（Ｅ）において、色が塗られた領域全体が、｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。図３３（Ｆ）において、色が塗られた領域全体が、｛００１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１５に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１５から観察面Ａにおける結晶の面方位は±２０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛１０１｝が４割以上の５０％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上の４２％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上の４８％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＜ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が９０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが２８Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛１０１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の４２％であり、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上１０割以下の４８％の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例１０及び１１とは異なる条件で観察面Ａにおいて面方位｛１０１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３４を用いて説明する。
まず、実施例１２の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で５００℃１時間及び５５０℃４時間の加熱をした後、フッ酸で非晶質半導体膜表面の酸化膜を除去した。次に、実施例３と同様の条件でキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ））を形成した後、５００℃、１時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を７０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が２０Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３４に示す。
図３４（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図３４（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図３４（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図３４（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図３４が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図３４（Ａ）及び（Ｂ）では、着色部に｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図３４（Ｃ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図３４（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ、観察面Ａ及びＢの面方位｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３４（Ｆ）は、観察面Ｃの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３４（Ｄ）及び（Ｅ）において、色が塗られた領域全体が、｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。図３４（Ｆ）において、色が塗られた領域全体が、｛００１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１６に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１６から観察面Ａにおける結晶の面方位は±２０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛１０１｝が４割以上の４９％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上の４７％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上の５５％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が７０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが２０Ｗのレーザビームを照射することで、｛１０１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の４７％であり、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上１０割以下の５５％の結晶領域を形成することができる。
本実施例では、実施例１０乃至１２とは異なる条件で観察面Ａにおいて面方位｛１０１｝の結晶を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３５を用いて説明する。
まず、実施例１３の結晶性珪素膜の作製方法について説明する。
基板上に絶縁膜、非晶質半導体膜を形成した。このときの形成工程及び形成条件は実施例１と同様である。
次に、電気炉内で５００℃１時間の加熱をした後、フッ酸で非晶質半導体膜表面の酸化膜を除去した後、オゾンを含む水溶液で非晶質半導体膜に酸化膜を形成した。次に、実施例３と同様の条件でキャップ膜（ＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ））を形成した後、５００℃で１時間及び５５０℃で４時間加熱した後、レーザ照射装置により、キャップ膜１０３を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。本実施例では、基板の移動速度を９０ｃｍ／ｓｅｃとした。また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ４レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。レーザビームは、照射面における強度が２８Ｗであり、照射面におけるレーザビーム形状をレーザビームのガウス分布においてエネルギー分布が不均一な部分をスリットにより除去して、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
キャップ膜をエッチングした後、結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、実施例１と同様の条件によりＥＢＳＰ測定を行った。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図８に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。 結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３５に示す。
図３５（Ａ）〜（Ｃ）は、測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像である。また、図３５（Ｄ）〜（Ｆ）は、各観察面の面方位を計算した結果であり、結晶の各面方位をカラーコード化して表す。図３５（Ａ）〜（Ｃ）の測定点の面方位は、図３５（Ｄ）〜（Ｆ）の各面方位に対応する色で示している。
なお、図３５が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、図３５（Ａ）及び（Ｂ）では、着色部に｛１０１｝の面方位を有する結晶が形成されている。図３５（Ｃ）では、着色部に｛００１｝の面方位を有する結晶が形成されている。
図３５（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ、観察面Ａ及びＢの面方位｛１０１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３５（Ｆ）は、観察面Ｃの面方位｛００１｝である結晶の配向率を求めた結果である。図３５（Ｄ）及び（Ｅ）において、色が塗られた領域全体が、｛１０１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。図３５（Ｆ）において、色が塗られた領域全体が、｛００１｝面方位の角度揺らぎが±２０°以内である面方位を示す領域である。
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率を表１７に示す。なお、小数第１位を四捨五入した。
Figure 0005396030
表１７から観察面Ａにおける結晶の面方位は±２０°の角度揺らぎの範囲内において面方位｛１０１｝が４割以上の５８％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上の５６％を占めることがわかる。また、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上の６６％を占めることがわかる。
本実施例に示すように、キャップ膜をＳｉＮｘＯｙ（ｘ＞ｙ）とし、キャップ膜から半導体膜に走査速度が９０ｃｍ／ｓｅｃ、レーザパワーが２８Ｗのレーザビームを照射することで、観察面Ａの面方位が｛１０１｝の結晶領域を形成することができる。さらに、観察面Ｂにおける面方位｛１０１｝が４割以上１０割以下の５６％であり、観察面Ｃにおける面方位｛００１｝が４割以上１０割以下の６６％の結晶領域を形成することができる。
本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の結晶性半導体膜の作製条件を説明する断面図である。 本発明に適用可能なレーザ装置を説明する斜視図である。 本発明の結晶性半導体膜の面方位を説明する斜視図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明に適応可能な発光素子の等価回路を説明する図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図である。 本発明の半導体装置の構成を説明する図である。 本発明の半導体装置の用途を説明する図である。 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。 本発明の半導体装置を用いた電子機器の構成を説明する図である。 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する展開図である。 本発明の半導体装置を説明する上面図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。 ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。

Claims (4)

  1. 絶縁性基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    前記非晶質半導体膜上に珪素と、窒素と、酸素とを有する絶縁膜を形成し、
    前記非晶質半導体膜の第１の領域に繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振の第１のレーザビームを照射して、膜表面に対して平行な面方位が｛００１｝の第１の結晶領域を形成し、
    前記非晶質半導体膜の第２の領域に繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振であって、前記第１のレーザビームのパワー（Ｗ）より高いパワー（Ｗ）で第２のレーザビームを照射して、膜表面に対して平行な面方位が｛２１１｝の第２の結晶領域を形成する半導体装置の作製方法であって、
    前記珪素と、窒素と、酸素とを有する絶縁膜は、７．１３％フッ化水素アンモニウム及び１５．４％フッ化アンモニウムの混合水溶液またはフッ酸水溶液を用い２０℃でエッチングしたときのエッチング速度が１ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下となることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  2. 絶縁性基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    前記非晶質半導体膜上に珪素と、窒素と、酸素とを有する絶縁膜を形成し、
    前記非晶質半導体膜の第１の領域に繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振の第１のレーザビームを照射して、膜表面に対して平行な面方位が｛００１｝の第１の結晶領域を形成し、
    前記非晶質半導体膜の第２の領域に繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振であって、前記第１のレーザビームのパワー（Ｗ）より高いパワー（Ｗ）で第２のレーザビームを照射して、膜表面に対して平行な面方位が｛２１１｝の第２の結晶領域を形成する半導体装置の作製方法であって、
    前記珪素と、窒素と、酸素とを有する絶縁膜は、ハイドロフルオロカーボンガスによるドライエッチングのエッチング速度が１００ｎｍ／分以上１５０ｎｍ／分以下となることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  3. 請求項１または２において、
    前記珪素と、窒素と、酸素とを有する絶縁膜は、ＳｉＮｘＯｙ（０≦ｘ≦１．５、０≦ｙ≦２、０≦４ｘ＋３ｙ≦６）であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
    前記珪素と、窒素と、酸素とを有する絶縁膜の厚さは、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下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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