WO2012081474A1 - 結晶性半導体膜の形成方法 - Google Patents

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semiconductor film
forming
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amorphous semiconductor
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良行 伊藤
悟久 浅野
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a crystalline semiconductor film.
  • amorphous silicon (a-Si) film or a polycrystalline silicon (Poly-Si) film is widely used as a semiconductor film. .
  • the polycrystalline silicon film has higher carrier mobility than the amorphous silicon film, so the TFT with a polycrystalline silicon film as the semiconductor film has improved ON / OFF characteristics and reduced power consumption. can do.
  • a TFT provided with a polycrystalline silicon film having such characteristics as a semiconductor film has been conventionally used particularly in the field of liquid crystal display devices.
  • a TFT including a polycrystalline silicon film as a semiconductor film may be formed on a transparent substrate.
  • an expensive quartz substrate that can withstand high-temperature heat treatment is used as the transparent substrate, and the amorphous silicon film formed on the quartz substrate is subjected to high-temperature heat treatment.
  • the quartz substrate is very expensive, so that it is difficult to increase the size of the substrate required for improving productivity.
  • the amorphous silicon film may be selectively and locally heated to cause little thermal damage to the glass substrate. For this reason, laser light is generally used for crystallization of the amorphous silicon film.
  • a lateral growth crystallization method has been used to further improve the performance of a polycrystalline silicon film crystallized at a relatively low temperature using laser light.
  • a laser beam having high energy is irradiated to an amorphous silicon film, and the temperature gradient is used from the boundary between the melted liquid part and the solid part, and the inside direction of the laser irradiation region And a crystal is grown at an angle orthogonal to the boundary surface.
  • the carrier mobility is high in the growth direction, and in detail, a ridge (ridge-like shape) that can adversely affect the threshold value variation and reliability of the TFT described later. There is a merit that the raised portion does not occur.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing a state in which the amorphous silicon film formed on the fourth generation glass substrate is crystallized by the TDX method which is one of the lateral growth crystallization methods.
  • TDX Thin Beam Directional Crystallization
  • the amorphous silicon film 101 formed on the entire surface of the glass substrate 100 was formed on the glass substrate 100 by scanning the laser beam 102 from the upper direction to the lower direction in the drawing only once.
  • the polycrystalline silicon film 103 can be formed by crystallizing the amorphous silicon film 101.
  • the laser beam 102 has an elongated shape in the horizontal direction in the drawing, that is, in the X direction, and the vertical direction in the drawing, that is, the Y direction is the moving direction of the laser beam 102.
  • the boundary surface between the melted liquid portion and the solid portion irradiated with the laser beam 102 is formed in the X direction, and the Y direction which is an angle orthogonal to the boundary surface, that is, the laser beam
  • the moving direction of the beam 102 is the crystal growth direction.
  • the entire surface on the glass substrate 100 is scanned only by a step of scanning the laser beam 102 from the upper side to the lower side in the drawing. Since the amorphous silicon film 101 formed on the substrate can be crystallized, the processing time of the process is short, and a solid laser or the like having a small width in the major axis direction of the laser beam as will be described later in detail. In this case, there is an advantage that the joint portion formed by overlapping the end portion of the front row shot and the end portion of the next row shot of the beam does not occur.
  • the excimer laser used in the TDX method has a problem in that it is not yet sufficient in terms of stability and mobility, and the maintenance cost is high.
  • FIG. 5B shows a polycrystalline silicon film 103 having a crystal growth direction in the Y direction formed by the TDX method shown in FIG. 5A with the channel direction perpendicular and parallel to the crystal growth direction. It is a figure which shows the case where it patterns so that it may become.
  • the channel is formed in the X direction, and the crystal growth direction is the Y direction perpendicular to the channel direction. , Multiple crystal grain boundaries cross.
  • the channel is in the Y direction, which is the same direction as the crystal growth direction, so that the crystal grain boundary does not cross in the channel.
  • the polycrystalline silicon film 103a patterned so that a plurality of crystal grain boundaries cross in the channel is compared with the polycrystalline silicon film 103b patterned so that the crystal grain boundaries do not cross in the channel.
  • the mobility drops from about 1/3 to about 1/4.
  • the degree of freedom in designing the TFT having the polycrystalline silicon film 103 is greatly reduced.
  • the width in the major axis direction of the beam 202 of the solid laser light is remarkably larger than the width in the minor axis direction of the glass substrate 200 as shown in FIG. small.
  • a plurality of columns are sequentially moved up and down while the solid-state laser beam 202 is shifted to the amorphous silicon film 201 formed on the entire surface of the glass substrate 200 by one column in the right direction in the figure. It is necessary to form the polycrystalline silicon film 203 by irradiation.
  • Patent Document 1 describes a crystallization method for moving a solid laser beam as shown in FIG.
  • the shape of the end of the solid laser beam 300 in the major axis direction is a tapered shape having an apex angle smaller than 90 °.
  • the moving direction of the beam 300 is inclined with respect to the major axis direction of the beam 300 to be irradiated, and the beam 300 has a center line (dotted line in the figure) of the previous shot of the beam 300 and the beam 300. In order to overlap the next shot, it is moved while being shifted little by little in the right direction in the figure.
  • FIG. 7B shows a polycrystalline silicon film 301 formed by the method shown in FIG. 7A and having an oblique crystal growth direction with respect to the substrate so that the channel directions become the X direction and the Y direction. It is a figure which shows the case where it patterns in.
  • the number of crystal grain boundaries across the channel is substantially equal.
  • the next row of crystals is formed continuously with the previous row of crystals, so that the uniformity of TFT characteristics in this portion can be improved. It is described that the TFT can be manufactured without considering the adjustment with the crystal grains that are the seams between the columns.
  • FIG. 8A shows a front shot of the beam 300 and a beam when the polycrystalline silicon film 301 whose crystal growth direction is oblique with respect to the substrate is formed using the method shown in FIG. It is a figure which shows a mode that the joint part which is a part which overlaps with the next row shot of 300 has arisen.
  • FIG. 8B shows a portion that overlaps between the front row shot of the beam 202 and the next row shot of the beam 202 when the polycrystalline silicon film 203 is formed using the method shown in FIG. It is a figure which shows a mode that the connection part has arisen.
  • FIG. 9 is a diagram showing a film jump (defect) generated at the joint shown in FIGS. 8A and 8B.
  • the joint portion shown in FIGS. 8A and 8B is irradiated with the solid laser beam twice, so that the occurrence rate of film jump is higher than the portion that is not the joint portion. There was a problem that the yield would be a factor.
  • an amorphous silicon film is formed on a substrate, the amorphous silicon film is processed using ozone water, and the upper portion of the amorphous silicon film is used as a silicon oxide film.
  • a method for forming a polycrystalline silicon film in which laser irradiation is performed on a silicon oxide film is described.
  • the silicon oxide film formed on the amorphous silicon film is a film obtained by treating the amorphous silicon film with ozone water. Therefore, there are relatively many defects and the film becomes brittle.
  • the silicon oxide film obtained by treating the amorphous silicon film with ozone water cannot efficiently prevent the above-described film jump (defect).
  • the thickness of the silicon oxide film formed on the amorphous silicon film is set to the ozone concentration of ozone water and the ozone water and amorphous
  • the amorphous silicon film formed on the large substrate may be controlled in the large substrate or a plurality of the amorphous silicon films. It is very difficult to perform the ozone water treatment between the large substrates without any variation of the above elements.
  • the thickness of the silicon oxide film formed on the amorphous silicon film is likely to vary.
  • the thickness of the polycrystalline silicon film also varies, so that TFT characteristics are likely to deteriorate, resulting in a decrease in yield. There is a problem that it ends up.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for forming a crystalline semiconductor film capable of efficiently suppressing the occurrence of film jump (defect) and forming a high-quality crystalline semiconductor film. For the purpose.
  • a crystalline semiconductor film forming method of the present invention moves a beam of a predetermined shape of light having a predetermined wavelength to at least a part of an amorphous semiconductor film formed on a substrate.
  • a step of forming a first film that transmits light of the predetermined wavelength on the entire surface of the amorphous semiconductor film, and a beam of a predetermined shape of the light of the predetermined wavelength move by a predetermined distance in the column direction.
  • the first Through it is characterized in that it comprises a step of irradiating light of the predetermined wavelength to the amorphous semiconductor film.
  • a beam having a predetermined shape of light having the predetermined wavelength is irradiated in the row direction, which is a direction orthogonal to the column direction, along the column direction and the region irradiated with the beam along the column direction. Since the region irradiated with the beam is moved so as to partially overlap in plan view, the overlapping beam is irradiated with the beam twice, so that film jump (defect) is likely to occur.
  • the first film is formed in a state where the first film that transmits the light of the predetermined wavelength is formed on the entire surface of the amorphous semiconductor film so as to be in contact with the amorphous semiconductor film.
  • the amorphous semiconductor film is irradiated with light having the predetermined wavelength through the film.
  • the first film that transmits the light of the predetermined wavelength is formed on the entire surface of the amorphous semiconductor film so as to be in contact with the amorphous semiconductor film. Even between a plurality of large substrates, the first film can be formed with relatively little variation in film thickness.
  • the crystalline semiconductor film is also relatively uniform in film thickness.
  • a semiconductor device with high yield and reliability can be manufactured.
  • a crystalline semiconductor film forming method of the present invention moves a beam of a predetermined shape of light having a predetermined wavelength to at least a part of an amorphous semiconductor film formed on a substrate.
  • a method for forming a crystalline semiconductor film wherein the step of forming the amorphous semiconductor film on the substrate and the step of forming the amorphous semiconductor film on the substrate Performing an oxygen plasma treatment of the amorphous semiconductor film in an oxygen atmosphere at a temperature of 300 ° C.
  • a beam of a predetermined shape of light having a predetermined wavelength is irradiated while moving by a predetermined distance in the column direction, and the beam is irradiated along the column direction in the row direction, which is a direction orthogonal to the column direction.
  • the region irradiated with the film is moved so as to partially overlap in plan view, and the amorphous semiconductor film is irradiated with the light having the predetermined wavelength through the oxide film.
  • the oxide film is formed by the oxygen plasma treatment, it becomes a dense and strong film.
  • the amorphous semiconductor film is irradiated with light having the predetermined wavelength through the oxide film. It has become.
  • the step of forming the amorphous semiconductor film on the substrate and the step of forming the oxide semiconductor film on the amorphous semiconductor film are performed in the same chamber. Since the oxide film can be formed without exposing the amorphous semiconductor film to the atmosphere, impurities can be prevented from being mixed into the amorphous semiconductor film.
  • the method for forming a crystalline semiconductor film of the present invention includes the step of forming the amorphous semiconductor film on the substrate and the amorphous semiconductor film so as to be in contact with the amorphous semiconductor film.
  • a step of forming a first film that transmits light of the predetermined wavelength on the entire upper surface, and a beam of a predetermined shape of the light of the predetermined wavelength are irradiated while moving by a predetermined distance in the column direction.
  • the row direction which is a direction orthogonal to the direction
  • the region irradiated with the beam along the column direction and the region irradiated with the beam along the column direction partially overlap in a plan view. And moving and irradiating the amorphous semiconductor film with light of the predetermined wavelength through the first film.
  • the method for forming a crystalline semiconductor film of the present invention includes the step of forming the amorphous semiconductor film on the substrate, and the temperature of the substrate on which the amorphous semiconductor film is formed is set to 300.
  • a beam having a predetermined shape is irradiated while moving by a predetermined distance in the column direction, and in a row direction that is a direction orthogonal to the column direction, the beam is irradiated along the column direction.
  • a step of irradiating the amorphous semiconductor film with the light having the predetermined wavelength through the oxide film, the region irradiated with the beam along the column direction being moved so as to partially overlap in plan view And the amorphous on the substrate The process of the upper portion of the step and the amorphous semiconductor film to form a conductive film on the oxide film, a method performed in the same chamber.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a process for crystallizing an amorphous silicon film and forming a polycrystalline silicon film using a YAG laser in an embodiment of the present invention.
  • silicon oxide obtained by oxygen plasma treatment of an amorphous silicon film in a process of crystallizing an amorphous silicon film using a YAG laser to form a polycrystalline silicon film It is a figure which shows the case where the film
  • (A) is a figure which shows a mode that the amorphous silicon film formed on the glass substrate of the 4th generation is crystallized by TDX method which is one of the lateral growth crystallization methods
  • FIG. 5 is a diagram showing a case where a TFT channel is formed using the crystallized polycrystalline silicon film. It is a figure which shows an example of the crystallization method using a solid state laser.
  • FIG. 5 is a diagram showing a case where a TFT channel is formed using the crystallized polycrystalline silicon film. It is a figure which shows a mode that the joint part which is a part which overlaps between the front row shot of a beam and the next row shot of a beam has arisen. It is a figure which shows the film
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a process (step) for forming a polycrystalline silicon film by crystallizing an amorphous silicon film using a YAG laser which is a solid-state laser.
  • silicon is used as a base coat film 2 (second film) on a glass substrate 1 by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • a nitride film was formed.
  • the base coat film 2 is a film for preventing the diffusion of impurities from the glass substrate 1.
  • a silicon nitride film is used, but a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, or the like is used. You can also. Further, a stacked film of these films may be used.
  • the glass substrate 1 is used as the substrate.
  • a substrate made of quartz, plastic, silicon wafer, metal, ceramic, or the like can be used.
  • an amorphous silicon (a-Si) film 3 is formed on the base coat film 2 by a CVD method so as to have a film thickness of 50 nm. did.
  • the film thickness is 50 nm, but there is no particular limitation as long as it can be crystallized and is 30 nm to 100 nm which is a preferable film thickness for manufacturing a TFT.
  • the silicon oxide film 4 (first film) is formed on the amorphous silicon film 3 by the CVD method so that the film thickness becomes 5 nm. A film was formed.
  • the silicon oxide film 4 is formed by using the CVD method, there is no variation in the film thickness of the formed film, and a dense and strong film is formed.
  • the silicon oxide film 4 can also be formed using a method other than the CVD method as long as there is no variation in the film thickness of the formed film and a dense and strong film can be formed.
  • the silicon oxide film 4 is thick, it is difficult to crystallize the amorphous silicon film 3 even if the irradiation energy of the YAG laser is increased.
  • the film thickness of the crystalline silicon (a-Si) film 3 is 30 nm to 100 nm, the film thickness of the silicon oxide film 4 is preferably 2 nm to 15 nm.
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C are continuously performed using the CVD method.
  • the silicon oxide film 4 can be formed without directly exposing the surface of the amorphous silicon film 3 to the atmosphere, and contamination of the amorphous silicon film 3 can be prevented.
  • the silicon oxide film 4 is formed on the amorphous silicon film 3.
  • the present invention is not limited to this, and light from a solid laser such as a YAG laser used for crystallization is used.
  • a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like can be used as long as the film transmits light. Further, a stacked film of these films may be used.
  • the amorphous silicon film 3 was crystallized by an SLS (Sequential Lateral Solidification) method using a YAG laser (green light having a wavelength of 480 nm to 580 nm).
  • the amorphous silicon film 3 is irradiated with a YAG laser beam 5 having a predetermined shape.
  • the membrane 3 is melted locally over its entire thickness.
  • the enlarged crystal region, that is, the polycrystalline silicon film (crystalline semiconductor film) 3a is formed by repeating the irradiation of the YAG laser beam 5 while moving it stepwise in the lateral direction.
  • the ridge is also formed at the seam portion of the YAG laser beam 5. It is possible to suppress the occurrence of crystal discontinuity and the occurrence of crystal discontinuity, and it is possible to obtain a high-quality polycrystalline silicon film 3a in which no film jump (defect) occurs.
  • the silicon oxide film 4 was removed using hydrofluoric acid or the like.
  • the silicon oxide film 4 is removed after crystallization.
  • the silicon oxide film 4 is left without being removed, and can be used as a gate insulating film, for example.
  • the shape of the end of the YAG laser beam 5 in the long axis direction is a tapered shape having an apex angle smaller than 90 °, and the moving direction of the beam 5 is irradiated.
  • the major axis direction of the beam 5 to be tilted that is, the major axis direction of the beam 5 and the moving direction of the beam 5 are set to 45 degrees.
  • the beam 5 is arranged in the column direction (vertical direction in the drawing) along the center line in the major axis direction of the region irradiated with the beam 5 immediately before and along the column direction. Irradiation is performed while moving in the downward direction in the figure by a predetermined distance so that the region irradiated with 5 overlaps in a plan view.
  • the beam 5 is irradiated while moving by a predetermined distance in the column direction (vertical direction in the drawing) as described above, but is orthogonal to the column direction.
  • the row direction (the left-right direction in the figure), which is the direction
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to the case where the amorphous silicon film 3 is partially crystallized. Can be applied.
  • FIG. 3 shows a polycrystalline silicon film 3a formed when the silicon oxide film 4 is not formed on the amorphous silicon film 3 and when the silicon oxide film 4 is formed with a film thickness of 2 nm to 30 nm. It is a figure which shows the number of defects (melting
  • the number of defects due to the film jump of the polycrystalline silicon film 3a formed by the above-described joint portion is 6.
  • the number of silicon oxide films 4 was 2 nm to 30 nm compared to 6 pieces / cm 2 , defects due to film jump did not occur.
  • the measured value decreases rapidly when the thickness of the silicon oxide film 4 is 15 nm or more. In the region, it is expected that crystallization does not proceed even if the amorphous silicon film 3 is irradiated with the beam 5.
  • the thickness of the silicon oxide film 4 formed on the amorphous silicon film 3 is preferably 2 nm or more and 15 nm or less.
  • the u-PCD method generates electrons and holes by irradiating the polycrystalline silicon film 3a with a semiconductor laser (349 nm, YLF / 3B), and the life until the generated electrons and holes are recombined. This is a method for detecting the time by microwave.
  • the lifetime is very short like the polycrystalline silicon film 3a, the lifetime is proportional to the signal peak value, so the signal peak value (u-PCD measurement in the figure) Value, unit: mV), the degree of crystallinity can be evaluated.
  • an amorphous silicon film is described as an example of an amorphous semiconductor film.
  • the present invention is not limited to this, and examples of the amorphous semiconductor film include non-crystalline semiconductor films.
  • a crystalline germanium layer, an amorphous silicon / germanium layer, an amorphous silicon / carbide layer, or the like can also be used.
  • the beam 5 can be fixed and the substrate side can be moved.
  • the YAG laser has been described as an example of the solid laser, but the present invention is not limited to this.
  • a titanium sapphire laser or the like can also be used.
  • the present invention is not limited to a method for forming a crystalline semiconductor film using a solid laser, and can be applied to, for example, a semiconductor laser or a gas laser as long as a relatively high energy laser is used. can do.
  • FIG. 2 a second embodiment of the present invention will be described based on FIG.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the silicon oxide film 4a is obtained by the oxygen plasma treatment of the amorphous silicon film 3, and other configurations will be described in the first embodiment. Just as you did.
  • members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • FIG. 4 shows a silicon oxide film 4a obtained by oxygen plasma treatment of an amorphous silicon film 3 in a process of crystallizing an amorphous silicon film using a YAG laser which is a solid state laser to form a polycrystalline silicon film. It is a figure which shows the case where is provided.
  • FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) are the same as FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), and a description thereof will be omitted.
  • the temperature of the glass substrate 1 on which the base coat film 2 and the amorphous silicon film 3 are formed is set to 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher.
  • the surface of the silicon film 3 was subjected to oxygen plasma (O 2 plasma) treatment in an oxygen atmosphere to form a silicon oxide film 4a on the amorphous silicon film 3 as shown in FIG. .
  • the process of forming the base coat film 2 and the amorphous silicon film 3 on the glass substrate 1 (see FIGS. 4A and 4B) and amorphous silicon
  • the process (see FIGS. 4C and 4D) in which the surface portion (upper part) of the film 3 is treated with oxygen plasma (O 2 plasma) to form the silicon oxide film 4a is performed in the same chamber. ing.
  • the silicon oxide film 4a can be formed without exposing the amorphous silicon film 3 to the atmosphere, it is possible to prevent impurities from entering the amorphous silicon film 3.
  • the silicon oxide film 4a is a dense and strong film because it is formed by the oxygen plasma treatment, and such a dense and strong silicon oxide film.
  • the amorphous silicon film 3 is irradiated with the beam 5 through the silicon oxide film 4a in a state where the film 4a is formed on the amorphous silicon film 3.
  • the silicon oxide film 4a was removed using hydrofluoric acid or the like.
  • the polycrystalline silicon film 3a capable of efficiently suppressing the occurrence of film jump (defect) can be formed.
  • the first film is preferably a film formed by chemical vapor deposition.
  • the first film is preferably any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.
  • the first film is preferably a laminated film of at least two films selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon nitride oxide film. .
  • the first film is a film formed by a chemical vapor deposition method (CVD method), it becomes a dense and strong film.
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • the first film is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film formed by chemical vapor deposition, or a silicon oxide film formed by chemical vapor deposition, Since it is a stacked film of at least two films selected from a silicon nitride film and a silicon oxynitride film, the first film is left as it is after completion of the crystallization process by the beam irradiation, for example, a gate of a TFT Even when used as an insulating film, the first film is a dense and strong film, so that the reliability of the TFT can be ensured.
  • the first film is a silicon oxide film, and the film thickness is preferably 2 nm or more and 15 nm or less.
  • the silicon film can be formed even if the film thickness of the amorphous semiconductor film is preferable for TFT fabrication.
  • the crystalline semiconductor film can be formed by irradiating the amorphous semiconductor film with light having the predetermined wavelength through the oxide film.
  • a second film for preventing diffusion of impurities from the substrate is formed on the substrate.
  • the amorphous semiconductor film is formed on the second film, and the second film, the amorphous semiconductor film, and the first film are all formed by chemical vapor deposition. It is preferable that the film is formed continuously by the above.
  • the first film can be formed on the amorphous semiconductor film without exposing the amorphous semiconductor film to the atmosphere, impurities in the amorphous semiconductor film can be formed. Mixing can be prevented.
  • the second film can prevent impurities from diffusing from the substrate to the amorphous semiconductor film.
  • the direction in which the beam having the predetermined wavelength of the predetermined wavelength moves in the column direction is an oblique direction with respect to the major axis direction of the beam.
  • an end of a beam having a predetermined shape of light having a predetermined wavelength has a tapered shape, and the apex angle is 90 ° or less.
  • the center line in the major axis direction of the region irradiated with the beam immediately before and the region irradiated with the beam along the column direction move by a predetermined distance in plan view. It is preferable to irradiate.
  • the yield can be improved by using such a crystalline semiconductor film for TFT fabrication.
  • the movement of the beam having the predetermined wavelength of the light having the predetermined wavelength relative to the substrate may be performed by moving the substrate.
  • the amorphous semiconductor film is preferably an amorphous silicon film
  • the oxide film is preferably a silicon oxide film
  • the present invention can be applied to an image display device.

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Abstract

　ビーム（５）の長軸方向における端部の形状は、頂角が９０°より小さい角度を有する先細り形状で、ビーム（５）の長軸方向と移動方向とが４５度となっており、ビーム（５）は、列方向には、ビーム（５）が直前に照射された領域の長軸方向の中心線と、上記列方向に沿ってビーム（５）が照射される領域とが、平面視において重なるように、所定距離ずつ図中の下方向に移動しながら、非晶質シリコン膜（３）上にシリコン酸化膜（４）が形成されている状態で、シリコン酸化膜（４）を介して非晶質シリコン膜（３）に照射される。

Description

結晶性半導体膜の形成方法
　本発明は、結晶性半導体膜の形成方法に関するものである。
　近年、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＴＦＴと称する）などの半導体装置においては、半導体膜として非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）膜や多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）膜が広く用いられている。
　多結晶シリコン膜は、非晶質シリコン膜と比較してキャリアの移動度が大きいため、半導体膜として多結晶シリコン膜を備えたＴＦＴにおいては、ＯＮ・ＯＦＦ特性の向上および低消費電力化を実現することができる。
　このような特性を有する多結晶シリコン膜を半導体膜として備えたＴＦＴは、特に、液晶表示装置分野において、従来からよく用いられている。
　バックライトから放射される光を透過する必要がある透過型の液晶表示装置や半透過型の液晶表示装置においては、多結晶シリコン膜を半導体膜として備えたＴＦＴを透明基板上に形成することが要求される。
　透明基板上に多結晶シリコン膜を形成する方法としては、上記透明基板として高温の熱処理に耐えられる高価な石英基板を用いて、上記石英基板上に形成された非晶質シリコン膜を高温熱処理することにより、結晶化する方法があるが、上記石英基板が大変高価であるため、生産性を向上させるため必要とされる基板の大型化が困難であった。
　したがって、上記透明基板として比較的安価なガラス基板を用いて、上記ガラス基板上に形成された非晶質シリコン膜を比較的低温で結晶化する方法が注目されるようになった。
　このようなガラス基板を用いる方法においては、ガラス基板の熱変形を避けるために、非晶質シリコン膜を選択的、局所的に加熱して、上記ガラス基板に殆ど熱的損傷を与えないことができることから、上記非晶質シリコン膜の結晶化には一般的にレーザー光がよく用いられている。
　そして、近年では、このようにレーザー光を用いて、比較的低温で結晶化された多結晶シリコン膜のさらなる高性能化のため、横成長結晶化法が用いられるようになっている。
　横成長結晶化法は、非晶質シリコン膜に高エネルギーを有するレーザー光を照射し、溶融された液体部分と固体部分との境界から、その温度勾配を利用して、レーザー照射領域の内側方向に、かつその境界面に対して直交する角度に結晶を成長させる方法である。この方法によって形成された一方向に細長く成長した結晶粒においては、その成長方向にキャリアの移動度が高く、詳しくは後述するＴＦＴの閾値バラツキや信頼性に悪影響を及ぼす原因となり得るリッジ（尾根状隆起部）が生じないというメリットがある。
　図５の（ａ）は、横成長結晶化法の一つであるＴＤＸ法によって、第４世代のガラス基板上に形成された非晶質シリコン膜を結晶化する様子を示す図である。
　図示されているように、高出力のエキシマレーザーを用いたＴＤＸ（Ｔｈｉｎ　Ｂｅａｍ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法を用いることにより、第４世代のガラス基板１００のサイズ（７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）に対し、レーザー光のビーム１０２のサイズを７２０ｍｍ×０．０１ｍｍとすることができる。
　そして、ガラス基板１００上の全面に形成された非晶質シリコン膜１０１に、レーザー光のビーム１０２を図中の上方向から下方向へ１回の走査のみで、ガラス基板１００上に形成された非晶質シリコン膜１０１を結晶化させ、多結晶シリコン膜１０３を形成することができる。
　レーザー光のビーム１０２は、図中の左右方向に、すなわち、Ｘ方向に細長い形状を有しており、図中の上下方向、すなわち、Ｙ方向がレーザー光のビーム１０２の移動方向となる。
　したがって、レーザー光のビーム１０２が照射され、溶融された液体部分と固体部分との境界面は、Ｘ方向に形成され、この境界面に対して直交する角度であるＹ方向、すなわち、レーザー光のビーム１０２の移動方向が結晶成長方向となる。
　このようなＴＤＸ法は、図５の（ａ）に図示されているように、レーザー光のビーム１０２を図中の上方向から下方向へ１回走査する工程のみで、ガラス基板１００上の全面に形成された非晶質シリコン膜１０１の結晶化を行うことができるので、プロセスの処理時間が短く、また、詳しくは後述するようなレーザー光のビームの長軸方向の幅が小さい固体レーザーなどにおいて、ビームの前列ショットの端部と次列ショットの端部とが重なって形成される継ぎ部が生じないというメリットがある。
　その反面、ＴＤＸ法に用いられるエキシマレーザーは、その安定性や可動性という面で未だ十分ではなく、メンテナンスコストも高いという問題がある。
　図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示すＴＤＸ法で形成したＹ方向に結晶成長方向を有する多結晶シリコン膜１０３を、上記結晶成長方向に対してチャネル方向が垂直および平行となるようにパターニングした場合を示す図である。
　図示されているように、パターニングされた多結晶シリコン膜１０３ａにおいては、そのチャネルがＸ方向に形成されており、結晶成長方向はチャネル方向とは垂直なＹ方向となっているので、チャネル中に、複数の結晶の粒界が横切っている。
　一方、パターニングされた多結晶シリコン膜１０３ｂにおいては、そのチャネルが結晶成長方向と同じ方向であるＹ方向となっているので、チャネル中に、結晶の粒界が横切らない。
　チャネル中に複数の結晶の粒界が横切るようにパターニングされた多結晶シリコン膜１０３ａは、チャネル中に結晶の粒界が横切らないようにパターニングされた多結晶シリコン膜１０３ｂと比較すると、そのキャリアの移動度は１／３から１／４程度まで落ち込んでしまう。
　以上のように、ＴＤＸ法で形成した多結晶シリコン膜１０３においては、多結晶シリコン膜１０３の結晶成長方向に対して、垂直方向にチャネルを形成するか、平行方向にチャネルを形成するかによって、キャリアの移動度が大きく異なるため、多結晶シリコン膜１０３を備えたＴＦＴの形成において、その設計の自由度を大きく低下させてしまう。
　一方で、上述したようなエキシマレーザーを用いた結晶化方法に対し、固体レーザーの第２高調波を用いた結晶化方法も提案されている。
　しかしながら、固体レーザーはエキシマレーザーに比べ出力が低いため、図６に図示されているように、固体レーザー光のビーム２０２の長軸方向の幅は、ガラス基板２００の短軸方向の幅よりも著しく小さい。
　したがって、ガラス基板２００上の全面に形成された非晶質シリコン膜２０１に、固体レーザー光のビーム２０２を図中の右方向に１列ずつずらしながら、順次的に複数列を上下方向に移動させながら照射し、多結晶シリコン膜２０３を形成する必要がある。
　しかしながら、この方法においては、各ショット毎に固体レーザー光のビーム２０２の短軸方向の幅の１／２より小さい距離ずつずらしながら照射しても、固体レーザー光のビーム２０２の移動方向における前列の照射領域の端部を次列の照射によって完全に再溶融することができないため、前行の照射領域と次行の照射領域との間には、点線で示すリッジ２０４や結晶の不連続性が発生してしまうという問題がある。
　すなわち、図６に示すような固体レーザーを用いた結晶化方法においては、上述したＴＤＸ法に用いられるエキシマレーザーの場合のように、その安定性や可動性の面で問題が生じたり、メンテナンスコストが高くなるという問題は生じないが、新たにリッジが生じたり、結晶の不連続性が発生してしまったりするという問題や、上述したＴＤＸ法で形成した多結晶シリコン膜と同様に、多結晶シリコン膜の結晶成長方向に対して、垂直方向にチャネルを形成するか、平行方向にチャネルを形成するかによって、キャリアの移動度が大きく異なるという問題がある。
　そこで、このような問題を解決するため、特許文献１には、図７の（ａ）に示すように固体レーザー光のビームを移動させる結晶化方法について記載されている。
　上記特許文献１においては、図７の（ａ）に図示されているように、固体レーザー光のビーム３００の長軸方向における端部の形状は、頂角が９０°より小さい角度を有する先細り形状となっており、ビーム３００の移動方向を照射するビーム３００の長軸方向に対して斜め方向にするとともに、ビーム３００は、ビーム３００の前ショットの中心線（図中の点線）とビーム３００の次ショットとが重なるように、図中の右方向に少しずつずらしながら移動させている。
　このような方法によって、結晶化された多結晶シリコン膜においては、リッジが生じたり、結晶の不連続性が発生してしまうのを抑制することができるとともに、以下に示す理由から、上記多結晶シリコン膜が形成されている基板の長軸方向にチャネルを形成しても、短軸方向にチャネルを形成しても、そのキャリアの移動度の差は殆どないというメリットがある。
　図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に示す方法で形成した、基板に対して結晶成長方向が斜めである多結晶シリコン膜３０１を、チャネル方向がＸ方向およびＹ方向となるようにパターニングした場合を示す図である。
　図示されているように、そのチャネルがＸ方向に形成されるようにパターニングされた多結晶シリコン膜３０１ａと、そのチャネルがＹ方向に形成されるようにパターニングされた多結晶シリコン膜３０１ｂとにおいては、チャネル中を横切る結晶の粒界数は略等しくなっている。
　したがって、多結晶シリコン膜３０１を備えたＴＦＴの形成においては、その設計の自由度を大きく向上させることができる。
　また、上記方法によれば、複数列において、ビーム３００を移動させながら照射を行っても前列の結晶と連続的に次列の結晶が形成されるので、この部分でのＴＦＴ特性の均一性を確保することができ、列間の継ぎ目となる結晶粒との調整を考慮することなくＴＦＴを作製することが可能になると記載されている。
　しかしながら、図６および図７に図示されているような固体レーザー光のビームを移動させながら結晶化を行う方法においては、比較的高エネルギーのレーザーを用いているため、シリコン膜の再溶融結晶化の際に膜飛び（欠陥）が発生する場合があり、この部分でＴＦＴを作製すると不良となってしまうため、結果として歩留りを低下させてしまうという問題がある。
　以下、図８および図９に基づいて、多結晶シリコン膜に生じる膜飛び（欠陥）について説明する。
　図８の（ａ）は、図７の（ａ）に示す方法を用いて、基板に対して結晶成長方向が斜めである多結晶シリコン膜３０１を形成する際に、ビーム３００の前列ショットとビーム３００の次列ショットとの間に重なる部分である継ぎ部が生じている様子を示す図である。
　一方、図８の（ｂ）は、図６に示す方法を用いて、多結晶シリコン膜２０３を形成する際に、ビーム２０２の前列ショットとビーム２０２の次列ショットとの間に重なる部分である継ぎ部が生じている様子を示す図である。
　そして、図９は、図８の（ａ）および図８の（ｂ）に示す継ぎ部において、生じた膜飛び（欠陥）を示す図である。
　特に、図８の（ａ）および図８の（ｂ）に示す継ぎ部では、固体レーザー光のビームが２回照射されるため、継ぎ部でない部分と比較して、膜飛びの発生率が高く、歩留りが低下する要因となってしまうという問題があった。
　以上のような多結晶シリコン膜に生じる膜飛び（欠陥）の問題を改善するため、従来から多数の試みがなされてきている。
　例えば、特許文献２には、基板上に非晶質シリコン膜を形成し、上記非晶質シリコン膜をオゾン水を用いて処理し、上記非晶質シリコン膜の上部をシリコン酸化膜とし、このシリコン酸化膜の上からレーザー照射を行う多結晶シリコン膜の形成方法について記載されている。
　この方法によれば、非晶質シリコン膜上にシリコン酸化膜が存在する状態で、レーザー照射を行い、多結晶シリコン膜を形成するので、膜飛び（欠陥）の発生を防止できると記載されている。
ＷＯ２００７－１０８１５７号公報（２００７年９月２７日公開） 特開２００７－５４１１号公報（２００７年１月１１日公開）
　しかしながら、上記特許文献２に記載の多結晶シリコン膜の形成方法において、非晶質シリコン膜の上部に形成されるシリコン酸化膜は、非晶質シリコン膜をオゾン水処理して得られる膜であるため、比較的欠陥が多く、脆い膜となってしまう。
　したがって、非晶質シリコン膜をオゾン水処理して得られる上記シリコン酸化膜は、効率よく上述した膜飛び（欠陥）の発生を防止することができない。
　また、上記特許文献２に記載の多結晶シリコン膜の形成方法においては、非晶質シリコン膜の上部に形成されるシリコン酸化膜の膜厚を、オゾン水のオゾン濃度およびオゾン水と非晶質シリコン膜との接触時間などの要素を適宜設定することによって、制御することができると記載されているが、大型基板に形成された非晶質シリコン膜に対して、上記大型基板内または、複数の大型基板間において、上記要素のばらつきなく、オゾン水処理を行うのは、大変困難である。
　したがって、上記特許文献２に記載の多結晶シリコン膜の形成方法において、非晶質シリコン膜の上部に形成されるシリコン酸化膜の膜厚は、ばらつきが生じやすくなっており、例えば、上記シリコン酸化膜を除去した後、残った多結晶シリコン膜を用いて、ＴＦＴを作製する場合、上記多結晶シリコン膜の膜厚もばらついてしまうため、ＴＦＴの特性不良が生じやすく、結果として歩留りを低下させてしまうという問題がある。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、膜飛び（欠陥）の発生を効率よく抑制し、高品位な結晶性半導体膜を形成できる結晶性半導体膜の形成方法を提供することを目的とする。
　このような結晶性半導体膜を用いることにより、歩留りおよび信頼性の高い半導体装置を製造できる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、上記の課題を解決するために、基板上に形成された非晶質半導体膜の少なくとも一部に、所定波長の光の所定形状のビームを移動させながら照射し、結晶性半導体膜を形成する結晶性半導体膜の形成方法であって、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と、上記非晶質半導体膜と接するように、上記非晶質半導体膜上の全面に上記所定波長の光を透過させる第１の膜を形成する工程と、上記所定波長の光の所定形状のビームは、列方向には、所定距離ずつ移動しながら照射され、上記列方向と直交する方向である行方向には、上記列方向に沿って上記ビームが照射された領域と上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において一部重なるように移動され、上記第１の膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射する工程と、を含むことを特徴としている。
　上記方法においては、上記所定波長の光の所定形状のビームが、上記列方向と直交する方向である行方向に、上記列方向に沿って上記ビームが照射された領域と上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において一部重なるように移動されるので、上記重なる部分においては、上記ビームが２回照射されるため、膜飛び（欠陥）が生じやすい。
　したがって、上記方法によれば、上記非晶質半導体膜と接するように、上記非晶質半導体膜上の全面に上記所定波長の光を透過させる第１の膜を形成した状態で、上記第１の膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射するようになっている。
　よって、膜飛び（欠陥）の発生を効率よく抑制できる結晶性半導体膜の形成方法を実現できる。
　そして、上記方法によれば、上記非晶質半導体膜と接するように、上記非晶質半導体膜上の全面に上記所定波長の光を透過させる第１の膜を形成するので、大型基板内や複数の大型基板間においても、比較的膜厚にばらつきなく、第１の膜を形成することができる。
　したがって、例えば、上記第１の膜を除去した後、残った上記結晶性半導体膜を用いて、ＴＦＴを作製する場合、上記結晶性半導体膜も比較的膜厚にばらつきがないので、このような結晶性半導体膜を用いることにより、歩留りおよび信頼性の高い半導体装置を製造できる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、上記の課題を解決するために、基板上に形成された非晶質半導体膜の少なくとも一部に、所定波長の光の所定形状のビームを移動させながら照射し、結晶性半導体膜を形成する結晶性半導体膜の形成方法であって、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と、上記非晶質半導体膜が形成された基板の温度を３００℃以上とし、酸素雰囲気下で、上記非晶質半導体膜の酸素プラズマ処理を行い、上記非晶質半導体膜の上部を上記所定波長の光を透過させる酸化膜にする工程と、上記所定波長の光の所定形状のビームは、列方向には、所定距離ずつ移動しながら照射され、上記列方向と直交する方向である行方向には、上記列方向に沿って上記ビームが照射された領域と上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において一部重なるように移動され、上記酸化膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射する工程と、を含み、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と上記非晶質半導体膜の上部を上記酸化膜にする工程とは、同一チャンバ内で行われることを特徴としている。
　上記方法によれば、上記酸化膜は、酸素プラズマ処理によって形成されるため、緻密で、強固な膜となる。
　このような緻密で、強固な上記酸化膜が、上記非晶質半導体膜上に形成された状態で上記酸化膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射するようになっている。
　したがって、膜飛び（欠陥）の発生を効率よく抑制できる結晶性半導体膜の形成方法を実現できる。
　また、上記方法によれば、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と上記非晶質半導体膜の上部を上記酸化膜にする工程とは、同一チャンバ内で行われるため、上記非晶質半導体膜を大気に曝すことなく、上記酸化膜を形成することができるので、上記非晶質半導体膜への不純物の混入を防ぐことができる。
　したがって、より高品位な結晶性半導体膜を形成することができる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、以上のように、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と、上記非晶質半導体膜と接するように、上記非晶質半導体膜上の全面に上記所定波長の光を透過させる第１の膜を形成する工程と、上記所定波長の光の所定形状のビームは、列方向には、所定距離ずつ移動しながら照射され、上記列方向と直交する方向である行方向には、上記列方向に沿って上記ビームが照射された領域と上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において一部重なるように移動され、上記第１の膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射する工程と、を含む方法である。
　また、本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、以上のように、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と、上記非晶質半導体膜が形成された基板の温度を３００℃以上とし、酸素雰囲気下で、上記非晶質半導体膜の酸素プラズマ処理を行い、上記非晶質半導体膜の上部を上記所定波長の光を透過させる酸化膜にする工程と、上記所定波長の光の所定形状のビームは、列方向には、所定距離ずつ移動しながら照射され、上記列方向と直交する方向である行方向には、上記列方向に沿って上記ビームが照射された領域と上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において一部重なるように移動され、上記酸化膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射する工程と、を含み、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と上記非晶質半導体膜の上部を上記酸化膜にする工程とは、同一チャンバ内で行われる方法である。
　それゆえ、膜飛び（欠陥）の発生を効率よく抑制し、高品位な結晶性半導体膜を形成できる。
　このような結晶性半導体膜を用いることにより、歩留りおよび信頼性の高い半導体装置を製造できる。
本発明の一実施の形態において用いられているＹＡＧレーザーのビームの形状とＹＡＧレーザーのビームをどのように移動させながら結晶化を行うかについて説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ＹＡＧレーザーを用いて、非晶質シリコン膜を結晶化し、多結晶シリコン膜を形成するプロセスを説明するための図である。 非晶質シリコン膜上にシリコン酸化膜が形成されてない場合と、シリコン酸化膜が膜厚２ｎｍ～３０ｎｍで形成されている場合に、形成される多結晶シリコン膜に膜飛びによって生じる欠陥数と多結晶シリコン膜の結晶化度を示す図である。 本発明の他の一実施の形態において、ＹＡＧレーザーを用いて、非晶質シリコン膜を結晶化し、多結晶シリコン膜を形成するプロセスにおいて、非晶質シリコン膜の酸素プラズマ処理によって得られるシリコン酸化膜が備えられている場合を示す図である。 （ａ）は、横成長結晶化法の一つであるＴＤＸ法によって、第４世代のガラス基板上に形成された非晶質シリコン膜を結晶化する様子を示す図であり、（ｂ）は、上記結晶化された多結晶シリコン膜を用いて、ＴＦＴのチャネルを形成した場合を示す図である。 固体レーザーを用いた結晶化方法の一例を示す図である。 （ａ）は、特許文献１に記載されている固体レーザー光のビームを、上記ビームの長軸方向に対して、斜め方向に移動させ、結晶化する方法を示す図であり、（ｂ）は、上記結晶化された多結晶シリコン膜を用いて、ＴＦＴのチャネルを形成した場合を示す図である。 ビームの前列ショットとビームの次列ショットとの間に重なる部分である継ぎ部が生じている様子を示す図である。 図８に示す継ぎ部において、生じた膜飛び（欠陥）を示す図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。
　〔実施の形態１〕
　以下、図１から図３に基づいて、本発明の結晶性半導体膜の形成方法の一例として、多結晶シリコン膜の形成方法について説明する。
　図２は、固体レーザーであるＹＡＧレーザーを用いて、非晶質シリコン膜を結晶化し、多結晶シリコン膜を形成するプロセス（工程）を説明するための図である。
　先ず、図２の（ａ）に図示されているように、ガラス基板１上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）法を用いて、ベースコート膜２（第２の膜）として、シリコン窒化膜を形成した。
　ベースコート膜２は、ガラス基板１からの不純物の拡散を防止するための膜であり、本実施の形態においては、シリコン窒化膜を用いているが、シリコン酸化膜やシリコン窒化酸化膜などを用いることもできる。また、これらの膜の積層膜を用いてもよい。
　また、本実施の形態においては、基板としてガラス基板１を用いているが、ガラス基板以外にも、石英、プラスチック、シリコンウェハー、金属、セラミックなどからなるものを用いることもできる。
　次に、図２の（ｂ）に図示されているように、ベースコート膜２上に非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）膜３をＣＶＤ法を用いて、膜厚が５０ｎｍとなるように成膜した。
　なお、本実施の形態においては、膜厚を５０ｎｍにしているが、結晶化が可能であり、ＴＦＴの作製に好ましい膜厚である３０ｎｍ～１００ｎｍであれば特に限定されることはない。
　そして、図２の（ｃ）に図示されているように、非晶質シリコン膜３上に、ＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜４（第１の膜）を膜厚が５ｎｍとなるように成膜した。
　本実施の形態においては、ＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜４を形成しているため、形成される膜の膜厚にばらつきがなく、緻密で強固な膜が形成される。
　なお、形成される膜の膜厚にばらつきがなく、緻密で強固な膜が形成できるのであれば、ＣＶＤ法以外を用いてシリコン酸化膜４を形成することもできる。
　なお、詳しくは後述するが、シリコン酸化膜４の膜厚が厚いと、上記ＹＡＧレーザーの照射エネルギーを高くしても、非晶質シリコン膜３を結晶化するのは困難であることから、非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ）膜３の膜厚が３０ｎｍ～１００ｎｍである場合には、シリコン酸化膜４の膜厚を２ｎｍ～１５ｎｍとすることが好ましい。
　なお、本実施の形態においては、図２の（ａ）、図２の（ｂ）および図２の（ｃ）に示すプロセスをＣＶＤ法を用いて、連続的に行った。
　したがって、非晶質シリコン膜３の表面を直接大気に曝すことなく、シリコン酸化膜４を形成することができ、非晶質シリコン膜３への不純物の混入を防ぐことができる。
　また、本実施の形態においては、非晶質シリコン膜３上に、シリコン酸化膜４を形成しているが、これに限定されることはなく、結晶化に用いるＹＡＧレーザーなどの固体レーザーの光を透過させる膜であれば、シリコン窒化膜やシリコン窒化酸化膜などを用いることもできる。また、これらの膜の積層膜を用いてもよい。
　そして、図２の（ｄ）に図示されているように、ＹＡＧレーザー（波長４８０ｎｍ～５８０ｎｍの緑光）を用いたＳＬＳ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法で非晶質シリコン膜３の結晶化を行った。
　図示されているように、非晶質シリコン膜３上にシリコン酸化膜４が形成されている状態で、所定形状のＹＡＧレーザーのビーム５を非晶質シリコン膜３に照射し、非晶質シリコン膜３をその全厚さにわたって局部的に溶融させる。
　そして、溶融した非晶質シリコン膜３が凝固すると、溶融しなかった非晶質シリコン膜３から結晶が成長する。
　ＹＡＧレーザーのビーム５の照射を横方向にステップ移動させながら繰り返すことにより、拡大した結晶領域、すなわち、多結晶シリコン膜（結晶性半導体膜）３ａを形成する。
　詳しくは後述するが、このとき、ＹＡＧレーザーのビーム５を移動させる方向をＹＡＧレーザーのビーム５の長軸方向に対して斜め方向にすることにより、ＹＡＧレーザーのビーム５の継ぎ目部分でも、リッジが生じたり、結晶の不連続性が発生してしまったりするのを抑制することができるとともに、膜飛び（欠陥）が生じない高品位な多結晶シリコン膜３ａを得ることができる。
　そして、図２の（ｅ）に図示されているように、フッ酸等を用いてシリコン酸化膜４を除去した。
　なお、本実施の形態においては、結晶化後に、シリコン酸化膜４を除去したが、除去せずに、そのまま残し、例えば、ゲート絶縁膜などとして用いることもできる。
　以下、図１に基づいて、ＹＡＧレーザーのビーム５の形状やＹＡＧレーザーのビーム５をどのように移動させながら結晶化を行うかについて説明する。
　図１に図示されているように、ＹＡＧレーザーのビーム５の長軸方向における端部の形状は、頂角が９０°より小さい角度を有する先細り形状となっており、ビーム５の移動方向を照射するビーム５の長軸方向に対して斜め方向、すなわち、ビーム５の長軸方向とビーム５の移動方向とが４５度となるようにしている。
　このようにすることによって、多結晶シリコン膜３ａが形成されているガラス基板１の長軸方向にチャネルを形成しても、短軸方向にチャネルを形成しても、そのキャリアの移動度の差が殆どない多結晶シリコン膜３ａを形成することができる。
　したがって、このような多結晶シリコン膜３ａをＴＦＴの作製に用いた場合、ＴＦＴの設計の自由度を向上させることができる。
　また、図示されているように、ビーム５は、列方向（図中の上下方向）には、ビーム５が直前に照射された領域の長軸方向の中心線と、上記列方向に沿ってビーム５が照射される領域とが、平面視において重なるように、所定距離ずつ図中の下方向に移動しながら照射される。
　したがって、形成される多結晶シリコン膜３ａにおいて、リッジが生じたり、結晶の不連続性が発生してしまったりするのを抑制することができ、このような多結晶シリコン膜３ａをＴＦＴ作製に用いることにより、歩留りを向上させることができる。
　また、図１に図示されているように、ビーム５は、列方向（図中の上下方向）には、上述したように、所定距離ずつ移動しながら照射されるが、上記列方向と直交する方向である行方向（図中の左右方向）には、上記列方向に沿ってビーム５が照射された領域（図中前列ショット部分）と上記列方向に沿ってビーム５が照射される領域（図中次列ショット領域）とが、平面視において一部重なるように移動され、重なる部分が継ぎ部となっている。
　上記継ぎ部では、ビーム５が２回照射されるため、形成される多結晶シリコン膜３ａに膜飛び（欠陥）が発生しやすいが、非晶質シリコン膜３上にシリコン酸化膜４が形成されている状態で、ビーム５の照射が行われるため、形成される多結晶シリコン膜３ａに膜飛び（欠陥）が発生するのを抑制でき、高品位な多結晶シリコン膜３ａを形成することができる。
　なお、本実施の形態においては、非晶質シリコン膜３を全面結晶化する場合を説明したが、これに限定されることなく、非晶質シリコン膜３を部分結晶化する場合も、本発明を適用できる。
　図３は、非晶質シリコン膜３上にシリコン酸化膜４が形成されてない場合と、シリコン酸化膜４が膜厚２ｎｍ～３０ｎｍで形成されている場合において、形成される多結晶シリコン膜３ａの膜飛びによって生じる欠陥数（溶融飛び散り欠陥数）と多結晶シリコン膜３ａの結晶化度を示す図である。
　図示されているように、一定の照射エネルギー条件下において、シリコン酸化膜４が設けられてない場合においては、上述した継ぎ部で形成される多結晶シリコン膜３ａの膜飛びによる欠陥数は６．６個／ｃｍ２であるのに対し、シリコン酸化膜４の膜厚が２ｎｍ～３０ｎｍである場合には、膜飛びによる欠陥は生じなかった。
　そして、ｕ－ＰＣＤ法による多結晶シリコン膜３ａの結晶性評価をみると、シリコン酸化膜４の膜厚を１５ｎｍ以上にすると、測定値が急激に低くなっていることから、このような膜厚領域においては、非晶質シリコン膜３にビーム５を照射しても、結晶化が進まないと予想される。
　すなわち、所定の膜厚に形成された非晶質シリコン膜３上に、シリコン酸化膜４をあまり厚く設けると、膜飛びによる欠陥は生じなかいが、結晶化が進まないという問題が生じる。
　したがって、非晶質シリコン膜３が５０ｎｍで形成されている場合には、非晶質シリコン膜３上に形成されるシリコン酸化膜４の膜厚は、２ｎｍ以上、１５ｎｍ以下であることが好ましい。
　なお、上記ｕ－ＰＣＤ法は、多結晶シリコン膜３ａに半導体レーザー（３４９ｎｍ、ＹＬＦ／３Ｂ）を照射することで、電子とホールを発生させ、発生させた電子とホールが再結合するまでのライフタイムをマイクロ波で検出する方法であり、多結晶シリコン膜３ａのように、ライフタイムが非常に短い場合、ライフタイムが信号ピーク値に比例するため、信号ピーク値（図中のｕ－ＰＣＤ測定値、単位：ｍＶ）から結晶化度の評価を行うことができる。
　また、本実施の形態においては、非晶質半導体膜として、非晶質シリコン膜を例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、非晶質半導体膜としては、例えば、非晶質ゲルマニウム層や非晶質シリコン・ゲルマニウム層や非晶質シリコン・カーバイド層なども用いることができる。
　なお、本実施の形態においては、ビーム５を移動させながら照射する場合について説明したが、ビーム５を固定し、基板側を移動させることもできる。
　また、本実施の形態においては、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザーを一例に挙げて説明をしたが、これに限定されず、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、チタンサファイアレーザー等を用いることもできる。
　さらには、本発明は、固体レーザーを用いた結晶性半導体膜の形成方法に限定されることはなく、比較的高エネルギーのレーザーを用いるのであれば、例えば、半導体レーザーや気体レーザーなどにも適用することができる。
　〔実施の形態２〕
　次に、図４に基づいて、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施の形態においては、シリコン酸化膜４ａが、非晶質シリコン膜３の酸素プラズマ処理によって得られるという点において実施の形態１とは異なっており、その他の構成については実施の形態１において説明したとおりである。説明の便宜上、上記の実施の形態１の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図４は、固体レーザーであるＹＡＧレーザーを用いて、非晶質シリコン膜を結晶化し、多結晶シリコン膜を形成するプロセスにおいて、非晶質シリコン膜３の酸素プラズマ処理によって得られるシリコン酸化膜４ａが備えられている場合を示す図である。
　図４の（ａ）および図４の（ｂ）のプロセスは、図２の（ａ）および図２の（ｂ）と同様であるため、その説明を省略する。
　図４の（ｃ）に図示されているように、ベースコート膜２と非晶質シリコン膜３とが形成されているガラス基板１の温度を３００℃以上、好ましくは４００℃以上にし、非晶質シリコン膜３の表面を酸素雰囲気下で、酸素プラズマ（Ｏ２プラズマ）処理し、図４の（ｄ）に図示されているように、非晶質シリコン膜３上にシリコン酸化膜４ａを形成した。
　なお、本実施の形態においては、ガラス基板１上にベースコート膜２と非晶質シリコン膜３とを形成するプロセス（図４の（ａ）および図４の（ｂ）参照）と非晶質シリコン膜３の表面部分（上部）を酸素プラズマ（Ｏ２プラズマ）処理し、シリコン酸化膜４ａにするプロセス（図４の（ｃ）および図４の（ｄ）参照）とは、同一チャンバ内で行っている。
　したがって、非晶質シリコン膜３を大気に曝すことなく、シリコン酸化膜４ａを形成することができるので、非晶質シリコン膜３への不純物の混入を防ぐことができる。
　したがって、より高品位な多結晶シリコン膜３ａを形成することができる。
　なお、図４の（ｅ）に図示されているように、シリコン酸化膜４ａは、酸素プラズマ処理によって形成されるため、緻密で、強固な膜であり、このような緻密で、強固なシリコン酸化膜４ａが、非晶質シリコン膜３上に形成された状態でシリコン酸化膜４ａを介して、非晶質シリコン膜３にビーム５を照射するようになっている。
　そして、図４の（ｆ）に図示されているように、フッ酸等を用いてシリコン酸化膜４ａを除去した。
　以上のようにして、膜飛び（欠陥）の発生を効率よく抑制できる多結晶シリコン膜３ａを形成することができる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法においては、上記第１の膜は、化学気相成長法によって形成された膜であることが好ましい。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法においては、上記第１の膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン窒化酸化膜の何れかであることが好ましい。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法においては、上記第１の膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン窒化酸化膜の中から選択される少なくとも２つの膜の積層膜であることが好ましい。
　上記方法によれば、上記第１の膜は、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によって形成された膜であるため、緻密で、強固な膜となる。
　このような緻密で、強固な第１の膜が、上記非晶質半導体膜上に形成された状態で上記第１の膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射するようになっている。
　よって、膜飛び（欠陥）の発生をより効率よく抑制できる結晶性半導体膜の形成方法を実現できる。
　また、上記第１の膜は、化学気相成長法によって形成されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン窒化酸化膜の何れかであるか、化学気相成長法によって形成されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン窒化酸化膜の中から選択される少なくとも２つの膜の積層膜であるため、上記ビームの照射による結晶化工程完了後に、上記第１の膜をそのまま残し、例えば、ＴＦＴのゲート絶縁膜として用いたとしても、上記第１の膜は緻密で強固な膜であるため、ＴＦＴの信頼性を確保することができる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法においては、上記第１の膜は、シリコン酸化膜であり、その膜厚は２ｎｍ以上、１５ｎｍ以下で形成されていることが好ましい。
　上記第１の膜がシリコン酸化膜であり、その膜厚が２ｎｍ以上、１５ｎｍ以下で形成されている場合、上記非晶質半導体膜の膜厚をＴＦＴ作製に好ましい膜厚にしても、上記シリコン酸化膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射することによって、結晶性半導体膜を形成することができる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法においては、上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する前に、上記基板上に上記基板からの不純物の拡散を防止する第２の膜を形成する工程を備え、上記第２の膜上には上記非晶質半導体膜が形成され、上記第２の膜と上記非晶質半導体膜と上記第１の膜とは、何れも化学気相成長法によって連続的に形成された膜であることが好ましい。
　上記方法によれば、上記非晶質半導体膜を大気に曝すことなく、上記非晶質半導体膜上に上記第１の膜を形成することができるので、上記非晶質半導体膜への不純物の混入を防ぐことができる。
　また、上記第２の膜によって、上記基板から上記非晶質半導体膜への不純物の拡散を防止できる。
　したがって、より高品位な結晶性半導体膜を形成することができる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法において、上記所定波長の光の所定形状のビームが、上記列方向において移動する方向は、上記ビームの長軸方向に対して斜め方向であることが好ましい。
　上記方法によれば、上記結晶性半導体膜が形成されている基板の長軸方向にチャネルを形成しても、短軸方向にチャネルを形成しても、そのキャリアの移動度の差が殆どない結晶性半導体膜を形成することができる。
　したがって、このような結晶性半導体膜をＴＦＴの作製に用いた場合、ＴＦＴの設計の自由度を向上させることができる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法において、上記所定波長の光の所定形状のビームの端部は、先細り形状であり、その頂角は９０°以下で形成されており、上記ビームは、上記列方向には、上記ビームが直前に照射された領域の長軸方向の中心線と、上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において重なるように、所定距離ずつ移動しながら照射されることが好ましい。
　上記方法によれば、形成される上記結晶性半導体膜において、リッジが生じたり、結晶の不連続性が発生してしまったりするのを抑制することができる。
　したがって、このような結晶性半導体膜をＴＦＴ作製に用いることにより、歩留りを向上させることができる。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法において、上記基板に対する上記所定波長の光の所定形状のビームの移動は、上記基板を移動させることによって行われるようにしてもよい。
　本発明の結晶性半導体膜の形成方法において、上記非晶質半導体膜は非晶質シリコン膜であり、上記酸化膜はシリコン酸化膜であることが好ましい。
　本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　本発明は、画像表示装置に適用することができる。
　　１　　　　　ガラス基板（基板）
　　２　　　　　ベースコート膜（第２の膜）
　　３　　　　　非晶質シリコン膜（非晶質半導体膜）
　　３ａ　　　　多結晶シリコン膜（結晶性半導体膜）
　　４、４ａ　　シリコン酸化膜（第１の膜）
　　５　　　　　ビーム

Claims (11)

  1. 　基板上に形成された非晶質半導体膜の少なくとも一部に、所定波長の光の所定形状のビームを移動させながら照射し、結晶性半導体膜を形成する結晶性半導体膜の形成方法であって、
    　上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と、
    　上記非晶質半導体膜と接するように、上記非晶質半導体膜上の全面に上記所定波長の光を透過させる第１の膜を形成する工程と、
    　上記所定波長の光の所定形状のビームは、列方向には、所定距離ずつ移動しながら照射され、上記列方向と直交する方向である行方向には、上記列方向に沿って上記ビームが照射された領域と上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において一部重なるように移動され、上記第１の膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射する工程と、を含むことを特徴とする結晶性半導体膜の形成方法。
  2. 　上記第１の膜は、化学気相成長法によって形成された膜であることを特徴とする請求項１に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  3. 　上記第１の膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン窒化酸化膜の何れかであることを特徴とする請求項２に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  4. 　上記第１の膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン窒化酸化膜の中から選択される少なくとも２つの膜の積層膜であることを特徴とする請求項２に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  5. 　上記第１の膜は、シリコン酸化膜であり、その膜厚は２ｎｍ以上、１５ｎｍ以下で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  6. 　上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する前に、上記基板上に上記基板からの不純物の拡散を防止する第２の膜を形成する工程を備え、
    　上記第２の膜上には上記非晶質半導体膜が形成され、
    　上記第２の膜と上記非晶質半導体膜と上記第１の膜とは、何れも化学気相成長法によって連続的に形成された膜であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  7. 　上記所定波長の光の所定形状のビームが、上記列方向において移動する方向は、上記ビームの長軸方向に対して斜め方向であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  8. 　上記所定波長の光の所定形状のビームの端部は、先細り形状であり、その頂角は９０°以下で形成されており、
    　上記ビームは、上記列方向には、上記ビームが直前に照射された領域の長軸方向の中心線と、上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において重なるように、所定距離ずつ移動しながら照射されることを特徴とする請求項７に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  9. 　上記基板に対する上記所定波長の光の所定形状のビームの移動は、上記基板を移動させることによって行われることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
  10. 　基板上に形成された非晶質半導体膜の少なくとも一部に、所定波長の光の所定形状のビームを移動させながら照射し、結晶性半導体膜を形成する結晶性半導体膜の形成方法であって、
    　上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と、
    　上記非晶質半導体膜が形成された基板の温度を３００℃以上とし、酸素雰囲気下で、上記非晶質半導体膜の酸素プラズマ処理を行い、上記非晶質半導体膜の上部を上記所定波長の光を透過させる酸化膜にする工程と、
    　上記所定波長の光の所定形状のビームは、列方向には、所定距離ずつ移動しながら照射され、上記列方向と直交する方向である行方向には、上記列方向に沿って上記ビームが照射された領域と上記列方向に沿って上記ビームが照射される領域とが、平面視において一部重なるように移動され、上記酸化膜を介して、上記非晶質半導体膜に上記所定波長の光を照射する工程と、を含み、
    　上記基板上に上記非晶質半導体膜を形成する工程と上記非晶質半導体膜の上部を上記酸化膜にする工程とは、同一チャンバ内で行われることを特徴とする結晶性半導体膜の形成方法。
  11. 　上記非晶質半導体膜は非晶質シリコン膜であり、上記酸化膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１０に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
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