JP2000068520A - 半導体薄膜、その製造方法、および製造装置、ならびに半導体素子、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多結晶シリコン薄膜トランジスタのシリコン
薄膜の粒径を多きくして、高い電界効果移動度等を有す
る半導体素子を得る。 【解決手段】 透明絶縁性基板２０１と接する側の下層
絶縁膜２０２の熱伝導率がその上に形成する上層絶縁膜
２０３の熱伝導率よりも大きな材料よりなる２層構造の
絶縁膜を透明絶縁性基板２０１上に形成した後、上層絶
縁膜２０３を複数のストライプ状にパターン形成し、そ
の後パターン加工された絶縁膜上に非晶質シリコン薄膜
２０４を形成し、さらに上層絶縁膜２０３のストライプ
パターンに平行にレーザ光を走査照射して、非晶質シリ
コン薄膜２０４を多結晶シリコン薄膜２１０にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ラインセン
サ等の光センサや太陽電池などの光起電力素子、ＳＲＡ
Ｍ（Static Random Access Memory）などのメモリＬＳ
Ｉ等に適用される半導体膜、その製造方法、および製造
装置に関するものである。上記半導体膜は、より詳しく
は、例えば、ガラス基板上などに形成される、非晶質材
料などがレーザアニール処理されることによって形成さ
れた結晶性を有する半導体薄膜である。また、そのよう
な半導体薄膜を用いた半導体素子、およびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を
構成する高品質なシリコンの半導体薄膜を非晶質絶縁基
板上などに形成する方法および装置として、グロー放電
を用いるプラズマＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ装置が
用いられている。これらの製造方法および装置で得られ
る水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜は、長年
にわたる精力的な研究開発によって、高品質な半導体薄
膜として機能する水準に達し、例えばラップトップ型や
ノート型のパーソナルコンピュータ、エンジニアリング
ワークステーション、カーナビゲーション装置等におけ
るアクティブマトリクス液晶ディスプレイの画素用スイ
ッチングトランジスタ、ファクシミリのイメージセンサ
用光センサ、電卓用バッテリの太陽電池などの電気光学
装置や、各種集積回路等において実用化されている。上
記水素化アモルファスシリコンの最大の長所は、高々３
００℃程度のプロセス温度で大面積の基板上に再現性よ
く安定して製造できることである。

【０００３】一方、近年、ディスプレイやイメージセン
サの大型化、画素の高密度化（高精細化）が進むにした
がって、より高速な駆動に追随できるシリコン半導体薄
膜が要求されるようになっている。また、軽量化や低コ
スト化を図るために、液晶ディスプレイの周辺回路部分
に形成されるドライバ素子に適用するためにも、高速な
動作をし得ることが必要とされる。ところが、例えば上
記水素化アモルファスシリコンの電界効果移動度は、高
々１．０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃであり、上記要求を充分満
たす電気的特性は得られない。

【０００４】そこで、結晶性を有する半導体薄膜を形成
して電界効果移動度等を向上させる手法が研究され、そ
のプロセスとして、（１）シランガスに水素やＳｉＦ₄
を混合してプラズマＣＶＤ法を用いることによって、堆
積する薄膜を結晶化させる製造方法、および（２）アモ
ルファスシリコンを前駆体として結晶化を試みる製造方
法が開発されている。

【０００５】上記（１）は、半導体薄膜の形成と同時に
結晶化を行わせるものであるが、基板を比較的高温（６
００℃以上）に加熱する必要がある。そのために、基板
として、高温に耐える高価な石英基板等を用いる必要が
あり、安価なガラス基板を用いることが困難であり、製
造コストが高くつくという欠点がある。具体的には、例
えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置に多く用い
られるコーニング７０５９ガラスは、ガラス歪点が５９
３℃であり、６００℃以上の加熱処理を行うと、ガラス
基板の縮みや歪みなどの機械的な変形等が顕著になるた
め、適正な半導体回路の形成プロセスや液晶パネルの作
製プロセス等が困難になる。また、多次元的な集積を図
ろうとすると、先に形成した回路領域に熱的損傷を与え
る恐れがある。

【０００６】また、上記（２）は、基板上にアモルファ
スシリコン薄膜を形成し、これを加熱して多結晶シリコ
ン（ポリシリコン：ｐ−Ｓｉ）薄膜を形成するもので、
主として６００℃程度の温度で長時間熱処理を行う固相
成長法と、レーザアニール法（特にエキシマレーザアニ
ール法）とが用いられる。

【０００７】前者の固相成長法は、アモルファス薄膜が
形成された基板を加熱し、６００℃以上の温度に２０時
間以上保つ必要があるため、やはり、製造コストの増大
等を招く。

【０００８】一方、後者のエキシマレーザアニール法
は、例えばIEEE Electron Device Letters,7(1986)pp.2
76-278や、IEEE Transactions onElectron Devices,42
(1995)pp.251-257 に開示されているように、アモルフ
ァスシリコン薄膜に、光エネルギが大きいＵＶ光である
エキシマレーザ光を照射して結晶化させるもので、直接
ガラス基板を加熱することなく、電界効果移動度の高い
（＞１００ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃ）、比較的良好な電気的
特性の多結晶シリコン薄膜を得ることに成功している。
すなわち、アモルファスシリコンは、図１に示すような
透過率特性を有し、例えばＸｅＣｌエキシマレーザによ
る波長が３０８ｎｍのレーザ光に対しては、吸収係数が
１０⁶ｃｍ^-1程度であるため、レーザ光は、ほとんどア
モルファスシリコンの表面から１００Å程度の領域で吸
収され、基板の温度はほとんど上昇することなく（概ね
６００℃以下）、アモルファスシリコンだけが高温にな
って、結晶化（多結晶化または単結晶化）する。それゆ
え、安価なガラス基板が使用でき、また、局所的に光ビ
ームを照射して結晶化させることができるので、さほど
高速性の要求されない画素領域をアモルファス薄膜のま
まとし、画素領域の周辺のみを結晶化してここに高速性
の要求されるドライバ回路を形成するといった多次元的
な集積や、既に形成されている回路に熱的ダメージを与
えることなく、順次、同一基板上の特定領域に良質の結
晶質薄膜を形成することが可能になる。更に、この技術
によるとＣＰＵ（Central Processing Unit)などを同一
基板上に集積することも可能になる。

【０００９】ここで、上記のようなｐ−Ｓｉを用いた半
導体素子の例としてのＴＦＴの一般的な構造および製造
方法について説明する。

【００１０】図２は、コプレナ（coplanar）構造のＴＦ
Ｔ１１０の概略を示す模式図であり、図２（ａ）はＴＦ
Ｔ１１０の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＰ
−Ｐ’矢視断面図である。図２に示すように、上記ＴＦ
Ｔ１１０は、絶縁性基板１１１上に、アンダーコート層
１１２と、ｐ−Ｓｉ膜１１３と、第１の絶縁膜（ゲート
絶縁膜）１１４と、第２の絶縁膜１１６と、ゲート電極
１１５、ソース電極１１７ｓ及びドレイン電極１１７ｄ
の３つの電極とが設けられて構成されている。ｐ−Ｓｉ
膜１１３は、Ｓｉ（シリコン）からなる結晶性半導体層
である。また、ｐ−Ｓｉ膜１１３は、アンダーコート層
１１２上に、所定の形状にパターニングされて形成され
ている。更に、ｐ−Ｓｉ膜１１３は、チャネル領域１１
３ａと、ソース領域１１３ｂ及びドレイン領域１１３ｃ
とからなっており、上記ソース領域１１３ｂ及びドレイ
ン領域１１３ｃは、チャネル領域１１３ａの両側に位置
する。このソース領域１１３ｂ及びドレイン領域１１３
ｃは、リン又はボロン等の不純物イオンをドーピングす
ることにより形成される。

【００１１】第１の絶縁膜１１４は、例えば二酸化シリ
コン（ＳｉＯ₂）からなり、上記ｐ−Ｓｉ膜１１３及び
アンダーコート層１１２の上方に形成されている。上記
ゲート電極１１５は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等か
らなる金属薄膜である。該ゲート電極１１５は、第１の
絶縁膜１１４の上方に位置し、かつｐ−Ｓｉ膜１１３の
チャネル領域１１３ａに対応する位置に設けられてい
る。第２の絶縁膜１１６は、例えばＳｉＯ₂からなり、
上記ゲート電極１１５及び第１の絶縁膜１１４の上方に
積層されている。

【００１２】第１の絶縁膜１１４及び第２の絶縁膜１１
６には、それぞれｐ−Ｓｉ膜１１３のソース領域１１３
ｂ又はドレイン領域１１３ｃに達するコンタクトホール
１１８・１１８が形成されている。ソース電極１１７ｓ
及びドレイン電極１１７ｄは、このコンタクトホール１
１８・１１８を介して、ソース領域１１３ｂ又はドレイ
ン領域１１３ｃと接触するように形成されている。上記
ゲート電極１１５、ソース電極１１７ｓ及びドレイン電
極１１７ｄは、図示の断面以外の部分で所定の形状にパ
ターニングされることにより、配線パターンを構成して
いる。

【００１３】上記ＴＦＴ１１０は次のようにして製造さ
れている。先ず、上記絶縁性基板１１１上に、例えばＳ
ｉＯ₂からなるアンダーコート層１１２を成膜する。こ
れにより、後に形成されるｐ−Ｓｉ膜１１３等への不純
物の拡散防止などが図られる。次に、上記アンダーコー
ト層１１２上に、非晶質性シリコンとしてのａ−Ｓｉ膜
（図示しない）を例えばプラズマＣＶＤ法によって成膜
し、該ａ−Ｓｉ膜をエッチングにて所定の形状にパター
ニングする。なお、パターニングは結晶化の後に行って
もよい。続いて、上記ａ−Ｓｉ膜に短波長のエキシマレ
ーザー等を照射して放冷する（レーザーアニール）。こ
れにより、改質、すなわち上記ａ−Ｓｉ膜が多結晶化し
てｐ−Ｓｉ膜１１３が形成される。ここで、ａ−Ｓｉ膜
は短波長領域での光の吸収係数が大きいので、エネルギ
ービームとしてエキシマレーザーを用いると、ａ−Ｓｉ
膜のみを選択的に加熱することができる。したがって、
絶縁性基板１１１の温度の上昇が小さいので、絶縁性基
板１１１の材料として、低コストのガラス基板等を採用
できるという利点がある。

【００１４】上記で形成したｐ−Ｓｉ膜１１３の上に、
第１の絶縁膜１１４を常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Dep
osition ）法にて成膜し、さらに第１の絶縁膜１１４上
に、ゲート電極１１５を形成する。次に、上記ゲート電
極１１５をマスクとして、ｐ−Ｓｉ膜１１３に、例えば
イオンドーピング法にて、ドナー若しくはアクセプタと
なる不純物イオン、具体的にはリン又はボロン等の不純
物イオンを注入する。これにより、上記ｐ−Ｓｉ膜１１
３に、チャネル領域１１３ａと、ソース領域１１３ｂ及
びドレイン領域１１３ｃとが形成される。

【００１５】次に、ゲート電極１１５上に第２の絶縁膜
１１６を成膜した後、コンタクトホール１１８・１１８
を形成し、例えばアルミニウムを蒸着させ、パターニン
グしてソース電極１１７ｓおよびドレイン電極１１７ｄ
を形成する。

【００１６】上記のようなｐ−Ｓｉ膜形成過程における
エキシマレーザ等のパルス発振方式のレーザは、出力が
大きく、例えばラインビーム状のレーザ光を基板を移動
させるなどして走査しながら照射することにより、一度
に広い面積のアモルファスシリコンを結晶化させること
ができるので半導体装置の量産に有利であるが、結晶品
質を向上させることが困難であるという課題を有してい
る。すなわち、この種のレーザは、１パルスの照射時間
が数１０ｎＳ程度と非常に短く、照射時と非照射時との
温度差が大きくなるため、溶融されたシリコン膜は急速
に冷却される過程で結晶化する。それゆえ、結晶成長程
度や結晶方位の制御が困難であり、十分な結晶成長が行
われにくく、結晶粒径が小さくなって結晶粒界密度が大
きくなったり、ばらつきが大きくなったりしがちである
とともに、結晶欠陥が多くなりがちである。より詳細に
は、レーザ照射後の冷却過程において、結晶核が無秩序
に発生し、無秩序に発生した各々の結晶核は、これまた
それぞれ無秩序な方向に成長する。そして、結晶粒同志
が互いにぶつかり合った状態で結晶成長が止まる。この
ような成長過程を経て生成された結晶粒は、小粒でラン
ダムな形状のものとなる。このため、結晶粒界が多数存
在するpoly- Ｓｉ膜となり、このようなpoly- Ｓｉ膜で
は、電荷キャリアがスムーズに移動できないので、電界
効果移動度等のＴＦＴ特性に劣るものとなる。

【００１７】以下、結晶成長のメカニズム、および良好
な結晶成長を行わせることが困難な理由について、より
詳細に説明する。上記エキシマレーザは、Ｘｅ、Ｋｒな
どの希ガスとＣｌ、Ｆなどのハロゲンの混合ガスを電子
ビームで励起する方法により発生するが、このままでは
好適に使用し難い。このため、ビームホモジナイザーと
呼ばれる光学系を用いて数ｃｍ角程度の矩形あるいはラ
イン状の均一な光強度を持つものに整形した光ビーム
が、レーザアニール法において使用されている。そし
て、基板上に形成された非単結晶質薄膜（通常、アモル
ファス薄膜）の結晶化に際しては、この整形された光ビ
ームをスキャンしながら照射する手法が用いられてい
る。

【００１８】しかし、この方法においても解決すべき幾
つかの課題を抱えており、例えば結晶粒径や結晶化度の
均一性が悪く、トランジスタ特性が安定しない、電界効
果移動度が低いといった課題を抱えている。このため、
これらの課題を解決するための方法として、（１）照射
面の一部に反射膜や吸収膜を被せ薄膜面の光吸収性を制
御することにより強度分布を形成して、結晶の成長方向
を誘導する技術や、（２）基板を加熱（４００℃）した
状態でレーザ照射を行うことにより、結晶化を円滑に進
行させる技術（Extended Abstracts of the 1991 Inter
national Conference on Solid State Devices and Mat
erials，Yokohama，1991，p.p. 623-625 ）などが提案
されている。また、例えばJpn.J.Appl.Phys.31(1992)p4
550-4554に開示されているものも知られている。これ
は、例えば図３に示すように、前駆体半導体薄膜１２２
が形成されたガラス基板１２１を基板ステージ１２４に
載置し、基板加熱ヒータ１２５によって基板ステージ１
２４を４００℃程度に加熱した状態で、エキシマレーザ
１２３のレーザ光１２３ａを前駆体半導体薄膜１２２に
照射するものである。このように、レーザ光の照射時に
ガラス基板を加熱する方法が併用されることによって、
高い結晶品質、すなわち、比較的、大きく、かつ均一な
結晶粒が得られ、電気的特性が向上する。

【００１９】このうち、前者（１）は単結晶化を図るこ
ともでき、また後者（２）は比較的簡便に適用でき、こ
の技術を用いると電界効果移動度のばらつきが±１０％
以内に抑えられるとされる。しかしながら、上記技術に
は下記のような問題点があり、多次元的な集積と一層の
コストダウンを図ろうとする最近の技術動向に十分に対
応できるものではない。

【００２０】すなわち、上記（１）の技術は、反射膜等
を施す工程が必要であるので、その分製造工程が煩雑に
なりコスト上昇を招く。また、限定された狭い領域に反
射膜等を施すのは容易でないので、微小な特定領域の結
晶化を図り難い。

【００２１】他方、上記（２）の技術では、基板を加熱
するための加熱工程を必要とするので、その分生産性が
低下する。すなわち、固相成長法ほど高温には加熱しな
いものの、基板を加熱および冷却するプロセスには、や
はり時間がかかり（例えば３０分〜１時間程度）、スル
ープットが低下するという問題点も有している。この問
題点は、基板の面積が大きくなるほど、基板の歪みを緩
和するために加熱および冷却に要する時間が長くなり、
一層顕著なものになる。またこの技術は、電界効果移動
度のばらつきをある程度減少させることができるもの
の、電界効果移動度自体を十分に高めることができない
ので、高速性が要求される回路を形成するには不十分で
ある。すなわち、ガラス基板の歪み等を生じさせないた
めには、５５０℃程度以上にガラス基板を加熱すること
はできず、より高い結晶品質等を得ることが困難であ
る。更にこの技術は基板全体を加熱する方法であるの
で、基板上の限定された領域（特定領域）のみの結晶化
を図るには不向きである。

【００２２】以上のように上記（１）、（２）の技術
は、いずれも製造コストを上昇させる等の課題を有す
る。そして特に上記（１）、（２）の技術（従来の他の
技術についても同様である）は、多様かつ多次元的な積
層を実現しにくいという本質的問題点を有している。す
なわち、これらの技術が採用する温度分布の制御手段
は、高速性が要求される回路領域（多結晶化領域）と、
そうでない回路領域（アモルファス領域）とを同一基板
上に選択的に形成するには不向きな手段であり、それゆ
えこれらの技術によっては、高度な集積化とコストダウ
ンとを同時に実現し難い。

【００２３】ここで、限定された任意の領域のみを結晶
化できる技術の有用性について説明する。従来技術にか
かるレーザアニール法においては、図４に示すような、
ビームの側部（エッジ部）が急峻で頂上が平坦（単位面
積当たりのエネルギー強度が同一）な光ビームが用いら
れている。このような特性の光ビームを用いたpoly-Ｓ
ｉ薄膜であっても、従来ではそれほど高速な動作が要求
されない例えば画素電極のスイッチング回路等を形成す
るために使用されていたので十分であった。

【００２４】しかし、ゲート駆動回路やソース駆動回
路、さらにはＣＰＵなどの高速な動作を必要とする素子
をも同一の基板上に一体的に形成しようとする場合にお
いては、上記従来技術で実現できる程度の品質の多結晶
質薄膜では不十分である。具体的には、例えばＬＣＤの
画素領域においては０．５〜１０ｃｍ²／Ｖｓ程度の移
動度で十分であるが、画素を制御するためのゲート回路
やソース回路等の周辺駆動回路では、１００〜３００ｃ
ｍ²／Ｖｓ程度の移動度が必要である。ところが、上記
特性の光ビームを用いる従来技術では、安定して高い移
動度を得ることができない。すなわち、一般に多結晶シ
リコン薄膜では、結晶の粒径が大きければ大きいほど移
動度等のトランジスタ特性が高くなるが、上記のような
多結晶化処理によっては、十分なトランジスタ特性を得
ることはできない。

【００２５】この原因としては、上記特性の光ビームで
は、結晶粒や結晶化度の不均一性が大きくなり、また結
晶粒を大きくし結晶化度を高めようとして、照射強度を
強めたり照射回数を増やすと、一層結晶粒の大きさが不
揃いになって結晶化度がばらつくようになるからであ
る。以下、この原因について詳細に検討する。

【００２６】図５は、基板上に形成された非晶質シリコ
ン薄膜に上記矩形状の光ビームを照射したときにおける
結晶化度の分布を示す模式図である。図５において、１
７０１は照射光の境界を示し、１７０２、１７０４は結
晶化度の低い部分を示し、斜線部１７０３は結晶化度の
高い部分を示す。この図に示すごとく、エネルギー強度
が均一なエキシマレーザを用いた従来法によると、照射
光の境界１７０１より少し内側に入った斜線部１７０３
のみで結晶化度が高くなり、他の部分（境界付近１７０
２および中央部１７０４）では結晶化度が低くなるとい
う特徴的な結晶化度の分布パターンが形成される。そし
て、このことは、顕微ラマン分光法によって確認され
る。

【００２７】すなわち、図５のＡ−Ａ線に沿う部分のラ
マン強度の測定結果を図６に示すが、図６において、境
界より少し内側に入ったところの急峻なピークの存在か
ら、この部分の結晶化度が高いことがわかる。また、中
央部分にピークが存在しないことから、この部分の結晶
化度が低いことがわかる。

【００２８】次に、図７を参照しながら、このような結
晶化度の不均一が生じるメカニズムついて考察する。非
晶質シリコン薄膜に光ビームを照射し、薄膜温度をシリ
コンの溶融温度以上（約１４００℃以上）に加熱した
後、光照射を止めると、放熱により薄膜温度が低下し、
この過程で溶融していたシリコンが析出し結晶化する。
ここで、図７（ａ）のような均一な光強度分布の光ビー
ムを照射した場合、薄膜面には図７（ｂ）に示すような
温度分布パターンが形成される。すなわち、中央部には
温度勾配のない平坦な温度領域が形成され、周辺部では
熱が周囲に逃げるために急峻な温度勾配が形成される
が、この場合、中央部の温度がシリコンの溶融温度以上
であれば、照射終了後に、先ず温度分布曲線１９０１と
結晶化温度線１９０２との交点付近（境界付近）の温度
が結晶化温度に達する。よって、この付近に結晶核（１
９０３）が発生する（図７（ｃ））。すなわち、非晶質
シリコン薄膜が溶融点を超え、溶融点を超えた領域で非
晶質シリコン薄膜が溶融し固化するときに結晶化が起こ
ることにより多結晶化が図られる。次いで、更に温度が
下がると（図７（ｄ））、前記結晶核１９０３を開始点
として未だ結晶化温度に達していない中央部方向に向か
って結晶化が進行していく（図７（ｅ））が、光エネル
ギー強度の均一な光ビームを用いた場合では、図７
（ｂ、ｄ、ｆ）の如く中央部に面方向の温度勾配が殆ど
ない状態で温度降下する。したがって、温度降下のある
時点で比較的広い範囲が同時に結晶化温度に到達し（図
７（ｆ））、この範囲（１９０４）の何れの部位におい
ても等しい確率で結晶核が発生し得るようになる。この
ため、図７（ｇ）に示すように、１９０４の全面におい
て同時的に微小な結晶核が発生し、その結果として微小
な多数の結晶粒からなるpoly- Ｓｉ薄膜が形成される。
このようなpoly- Ｓｉ薄膜は、当然に結晶粒界の密度が
大きい。よって、結晶粒界にキャリアが捕捉される程度
が大きくなるので、電界効果移動度が小さくなる。な
お、図７（ｃ）の１９００は薄膜の断面を示している。

【００２９】また、上記のような結晶化度の不均一が生
じるメカニズムは、図８に示すようにライン状のレーザ
ビームを照射する場合も同様である。ここで、図８にお
いて、（ａ）は、使用するエキシマレーザのｘ，ｙ方向
のエネルギー密度分布を、（ｂ）は、このようなエネル
ギー密度分布を有するエキシマレーザを非晶質シリコン
薄膜上に照射した場合の非晶質シリコン薄膜の温度上昇
分布を、（ｃ）は上記の（ａ）及び（ｂ）のようにして
レーザが照射される多結晶シリコン薄膜トランジスタの
斜視図を示している。すなわち、図８（ａ）に示すよう
にエネルギー分布を有するレーザを用いていることに起
因して、被照射領域のｙ方向の温度分布はほぼ均一であ
るものの、図８（ｂ）に示すように、ｘ方向では中央部
が高く両側が低い温度分布を生じる。このような温度分
布の結果として、結晶化はｘ方向の周辺部から中央へ進
み、多数の核生成により中央部ではそれぞれの成長面が
出会うことになり、図８（ｃ）に多結晶シリコン薄膜の
結晶化状態を模式的に示すように、レーザビームのライ
ンビームエネルギー密度が低い部分の結晶粒は大きいも
のの、エネルギー密度が高い部分（中央部）の結晶粒は
小さくなってしまう。なお、図８において、１３１は透
明絶縁性基板、１３４は多結晶シリコン薄膜で１４１は
結晶粒を示している。また、１３９は絶縁膜で一般には
２酸化珪素(ＳｉＯ₂)膜が用いられ、１４０は非晶質シ
リコン薄膜である。

【００３０】なお、上記の例では、説明を簡単化するた
めに１回のエネルギビームの照射を行った場合を示した
が、複数回照射する場合などでも同様である。

【００３１】また、従来のレーザアニールにおいては、
上記のように電界効果移動度の向上が困難であることに
加えて、半導体膜の膜質の均一性を向上させることが困
難であり、特に上記両者を両立させることが困難である
という問題点を有していた。

【００３２】ここで、従来のレーザアニール装置の構成
について図９に基づいて説明する。図９において、１５
１はレーザ発振器、１５２は反射鏡、1５３は均一化装
置、１５４は窓、１５５は非晶質シリコン層が形成され
た基板、１５６はステージ、１５７は制御装置を示して
いる。そして、非晶質シリコン層のレーザアニールの際
には、レーザ発振器１５１から発振したレーザ光を反射
鏡１５２によって均一化装置１５３に導き、エネルギー
の均一な所定の形に整形されたレーザビームを窓１５４
を通して処理室内のステージ１５６に固定された基板１
５５に照射するようになっている。

【００３３】上記のようなレーザアニール装置を用いて
アニール処理を行う場合、レーザビームを基板全面に一
括で照射することは困難であるため、実際には、レーザ
の照射領域を重ね合わせつつ、順次ずらしながら基板全
面を同一条件で照射している（例えば、I.Asai,N.Kato,
M.Fuse and T.Hamano,ジャパン ジェイ アプライフィ
ジックス(Jpn.J.Appl.Phys.) 32 (1993)474）。しかし
ながら、このようにレーザビームの照射領域を重ねつ
つ、順次ずらしながら照射するレーザアニールの方法で
は、レーザエネルギー密度を高くすれば、半導体膜特性
の評価基準の一つである移動度が高くなり、全体的に膜
質が向上するものの、照射領域の継ぎ目で膜質の不均一
が生じ、半導体膜全体の均一性が低くなる。一方、比較
的低いエネルギー密度でレーザ照射すると、膜質の均一
性を向上させることは容易になるが、エネルギー密度が
低いために電界効果移動度を高くすることが困難にな
る。

【００３４】それゆえ、例えばＴＦＴが形成された基板
を液晶ディスプレイに用いる場合、図１０に示すように
比較的大面積の画像表示領域１５８に必要とされる膜質
の均一性と、周辺回路部（ドライバ回路）１５９に必要
とされる電界効果移動度とを満足する半導体膜を形成す
ることは困難であった。なお、このような問題点に対し
ては、例えば米国ＵＳＰ５７５６３６４号に開示されて
いるように、画像表示領域１５８と周辺回路部１５９と
でレーザビームの強度を異ならせることが提案されてい
るが、このようにレーザビームの強度を異ならせるだけ
では、周辺回路部１５９において十分な電界効果移動度
を持たせることが困難である。

【００３５】なお、この明細書で結晶化というときに
は、単結晶化と多結晶化の双方を含めた意味で使用して
あるが、本発明の結晶質半導体薄膜の作製方法はpoly-
Ｓｉ薄膜の作製に特に有用である。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザアニール
方法においては、上記のように、結晶粒径や結晶方位を
制御することが困難であり、高い結晶品質、すなわち、
大きく、かつ均一な結晶粒径を有し、結晶欠陥も少ない
半導体薄膜を形成することが困難であるとともに、スル
ープットを向上させて製造コストを低減することも困難
であり、しかも、半導体薄膜の膜特性（電界効果移動度
等）の向上と膜質の均一性を同時に達成することができ
ないという問題点を有していた。

【００３７】本発明は、上記の点に鑑み、スループット
の低下を招くことなく、しかも、高い結晶品質の半導体
薄膜を形成することができ、さらに、半導体薄膜の膜特
性の向上と膜質の均一性を同時に達成することができる
半導体薄膜の製造方法、および装置、ならびにそのよう
な半導体薄膜を用いた、電界効果移動度等のＴＦＴ特性
に優れた薄膜トランジスタ、およびその製造方法の提供
を目的としている。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明者等は種々検討した結果、多結晶シリコン薄
膜の結晶粒が小さくなる原因が、エキシマレーザ照射に
より加熱された際のシリコン薄膜の温度分布によるもの
であることに着目し、少なくともトランジスタを形成す
る領域に関して大きな粒径を持つ多結晶シリコン薄膜化
する方法を考え出した。

【００３９】すなわち本発明者等は、レーザによる多結
晶化処理を行う際に、トランジスタを形成する領域を挟
んで、その両側に熱伝導が高い領域を設けることによ
り、トランジスタが形成される領域の周囲の領域の温度
が高くなるようにし、トランジスタ形成領域の温度を周
囲に比較して相対的に低くすることで、トランジスタ形
成領域のシリコン薄膜を最初に結晶化させて粒径の増大
化を行い得ると考えるに至った。

【００４０】そこで、請求項１の発明は、基板上に、第
１の熱伝導率を有する第１の絶縁膜と、上記第１の熱伝
導率と異なる第２の熱伝導率を有し、部分的な領域に選
択的に形成された第２の絶縁膜とを積層する工程と、上
記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜上に非単結晶半導体
薄膜を積層する工程と、上記非単結晶半導体薄膜にエネ
ルギビームを照射して結晶成長させる工程とを有するこ
とを特徴としている。

【００４１】具体的には、例えば非晶質シリコン薄膜の
絶縁膜の熱伝導率をトランジスタが形成される領域とそ
の他の領域とで異ならしめることにより、トランジスタ
が形成される領域の非晶質シリコン薄膜の熱伝導性をそ
の他の領域の非晶質シリコン薄膜よりも高くする。

【００４２】この構成によれば、多結晶化を行う際の、
トランジスタ形成領域のシリコン薄膜の温度がその他の
領域よりも低いため、結晶化がトランジスタ形成領域か
ら発生することになり、トランジスタ形成領域の多結晶
シリコンの粒径を大きくすることができる。

【００４３】また、請求項１２の発明は、半導体膜表面
の周縁の少なくとも一部には、半導体膜に対して略水平
方向に延びる１つ以上の突起部が設けられることを特徴
としている。

【００４４】ここで、本発明の理解に供するため、本発
明に到るアプローチについて簡単に説明する。まず、本
発明者らは、従来技術の上記課題の要因を究明すべく検
討を重ね、十分明確には解明されなかったものの、その
要因として以下の事項を想定するに到った。すなわち、
一般に、結晶核の発生および結晶成長は、半導体膜がア
ニール処理により一旦，加熱され、その後、冷却される
ことにより成される。

【００４５】ところで、従来技術においては、アニール
処理後の半導体膜は、その中央部および周辺部にかかわ
らず、ほぼ一様に冷却されており、この結果、結晶核が
ランダムな位置にほぼ同時期に発生してしまうので、結
晶粒径や結晶方位を制御することが困難になっていると
想定される。また、このことにより、結晶核が比較的近
接した位置にほぼ同時に発生するおそれがあり、この場
合、結晶成長の過程で結晶同士が干渉し合い、十分な結
晶粒径を得ることが困難となっている。

【００４６】そして、上記した事項を念頭に鋭意検討し
た結果、本発明者らは、「半導体膜の周辺部における結
晶核を，中央方部における結晶核よりも早い時期に発生
させ、その後、周辺部部に発生した結晶核を、中央部に
おいて結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、中央
部に向けて結晶成長させることにより、結晶粒径や結晶
方位を制御可能にすると共に、結晶成長の過程にある結
晶同士の干渉を防止して、十分な結晶粒径を得る。」と
いう本発明の技術的思想を創出したのである。

【００４７】すなわち、請求項１２によれば、アニール
処理後の半導体膜において、周縁の突起部に蓄積された
熱は水平面において外側の複数の方向（例えば、突起部
が矩形状を有する場合、３方向）に拡散するのに対し
て、中央部に蓄積された熱は水平面内において未だ冷却
されていない周縁側にしか逃げ場がないので、突起部を
含めて周縁が中央部に較べて十分早く冷却される。

【００４８】この結果、周縁における結晶核は、中央部
における結晶核よりも早い時期に発生し、中央部におい
て結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、この周縁
に発生した結晶核が中央部に向けて結晶成長するので、
結晶粒径や結晶方位が制御可能となる。このことによ
り、結晶成長の過程にある結晶同士の干渉が防止され、
十分な結晶粒径を得ることができる。

【００４９】また、請求項１３によれば、突起部に１つ
の結晶核のみが発生して、この結晶核が結晶成長するこ
とになる。なお、請求項１４、１５によれば、結晶の粒
径がより整い、突起部毎に１つの結晶核が確実に発生す
る。

【００５０】また、請求項１６によれば、突起部に発生
し成長した結晶は、さらに、中央部に向かって成長する
が、この場合、隣り合う突起部から中央部に向かう結晶
成長および、対向する辺の突起部から中央部に向かう結
晶成長に対して、極力、干渉し合うことなく、結晶成長
することが見込まれる。

【００５１】また、請求項１８によれば、突起部はゲー
ト電極に対応する領域に設けられるので、良好な導電特
性を得ることができる。

【００５２】また、請求項１９は、非晶質半導体膜を形
成する工程と、前記非晶質半導体膜の周縁の少なくとも
一部に、略水平方向に延びる１つ以上の突起部を選択的
に形成する工程と、前記突起部が形成された非晶質半導
体膜をアニール処理して結晶化させる工程を含むことを
特徴とする半導体膜の製造方法である。

【００５３】請求項１９により製造された半導体膜にお
いては、請求項１２と同様の効果を奏する。

【００５４】さらに、請求項２２によれば、半導体膜の
周辺部における結晶核を中央部における結晶核よりも早
い時期に発生させ、その後、前記周辺部に発生した前記
結晶核を、前記中央部において結晶核が発生もしくは結
晶成長する以前に、中央部に向けて結晶成長させるの
で、結晶粒径や結晶方位が制御可能となる。

【００５５】このことにより、結晶成長の過程にある結
晶同士の干渉が防止され、十分な結晶粒径を得ることが
できる。

【００５６】また、上記の課題を解決するために、請求
項２６に記載の発明は、チャネル領域と、前記チャネル
領域の両側に配置されたソース領域、およびドレイン領
域とを有する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記結晶質半導体層
は、非単結晶質薄膜を結晶化してなるものであり、前記
結晶質半導体層の少なくともチャネル領域には、結晶成
長方向を制御する結晶成長方向制御空隙が設けられてい
ることを特徴とする。

【００５７】上記構成によると、チャネル領域に形成さ
れた結晶成長方向制御空隙が、非単結晶質薄膜の結晶化
に際してチャネル領域の結晶成長方向を制御する。した
がって、このような結晶成長方向制御空隙を有してなる
結晶質半導体層は、結晶形状や結晶粒界密度が好適に規
制されたものとなっているので、上記構成の結晶質薄膜
トランジスタは、電界効果移動度等のＴＦＴ特性に優れ
る。

【００５８】ここで、上記結晶成長方向制御空隙とは、
結晶質半導体層（製造段階では非単結晶質薄膜）の表面
に形成された窪み（凹）であり、この窪みは結晶質半導
体層の下層（基板面またはアンダーコート層）にまで達
するものであってもよく、また下層にまで達しないもの
であってもよい。また、窪みの大きさや形状についても
特に制限されない。よって、結晶質半導体層の表面積の
大小、厚み、或いは所望する電界効果移動度等を勘案し
て適当に設定できる。例えば表面形状が円形、方形の
穴、或いは細長い溝などが例示でき、穴または溝の断面
形状としてはＣ字型やＶ型、コの字型などが例示でき
る。なお、結晶成長方向制御空隙の役割・機能の詳細に
ついては下記する。

【００５９】請求項２７に記載の発明は、チャネル領域
と、前記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、
およびドレイン領域とを有する結晶質半導体層が基板上
に形成されてなる結晶質薄膜トランジスタにおいて、前
記半導体層が、非単結晶質薄膜を結晶化してなるもので
あり、前記結晶質半導体層の少なくともチャネル領域に
は、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に溝状の空
隙が、２列以上設けられていることを特徴とする。

【００６０】この構成によると、２列以上設けられた溝
状の空隙が、非単結晶質薄膜の結晶化に際して、結晶の
成長方向をソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に誘
導するように機能するので、その結果物としてのpoly-
Ｓｉ膜は、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に長
い、大粒の結晶粒の集合体となる。このようなpoly-Ｓ
ｉ膜は、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向におけ
る結晶粒界密度が小さいので、この方向におけるキャリ
ア移動速度が速い。つまり、上記構成の結晶質薄膜トラ
ンジスタは、キャリア移動度等の特性に優れる。

【００６１】ここで、結晶成長方向制御空隙を設ける
と、結晶成長方向が制御された大粒の結晶粒が得られる
理由を、図１１および図２０を参照しながら詳説する。

【００６２】図２０に示すように、結晶質半導体層の前
駆体である非単結晶質薄膜表面に、溝状の結晶成長方向
制御空隙（符号４１１）をソース領域とドレイン領域と
を結ぶ方向に２列以上形成し、しかる後、常法に従って
当該薄膜に可吸収性のエネルギービームを照射すると、
薄膜面の温度は、結晶成長方向制御空隙とその近傍およ
び半導体薄膜周縁部に低く、チャネル領域本体部（結晶
成長方向制御空隙が形成されていない薄膜部分）に高い
温度分布となる。

【００６３】なぜなら、溝部分（結晶成長方向制御空
隙）は、他の部分に比べ薄膜の厚みが薄くなっている
か、または薄膜が存在しないので、エネルギービームの
吸収が少なく、この結果として溝部分の温度が他の部分
に比べて低くなるからである。また、通常、半導体薄膜
の外側には薄膜が存在しないのでエネルギービームの吸
収が少ないと共に、周縁部では熱が外側に拡散するの
で、薄膜中央部分に比較し温度が低くなるからである。

【００６４】次に、結晶成長方向制御空隙および周縁部
に低い温度分布をもった非単結晶質薄膜における結晶成
長過程を説明する。なお、非単結晶質薄膜の周縁部の温
度が低いのは従来技術においても同様なことであるの
で、ここでは結晶成長方向制御空隙と結晶成長方向との
関係について、図１１を参照しながら説明する。

【００６５】図１１は結晶成長の様を概念的に説明する
ための図である。先ず本体部よりも温度の低い結晶成長
方向制御空隙の周辺に結晶核が発生する。そして、この
結晶核は薄膜全体の温度降下に伴って、より温度の高い
方向、すなわち溝状の結晶成長方向制御空隙から遠ざか
る方向（溝に対し垂直な方向）に向かって成長する。こ
こで、上記構成では、結晶成長方向制御空隙がソース領
域とドレイン領域とを結ぶ方向に２列以上設けられてい
るので、対向する２つの結晶成長方向制御空隙付近でそ
れぞれ発生した結晶核は、逆の方向からそれぞれチャネ
ル領域本体部の中央に向かって成長する。

【００６６】このため、結晶粒同志がチャネル領域本体
部の中央付近でぶつかり合うことになるが、結晶成長方
向制御空隙から遠い中央付近は他の部分よりも温度が高
く、未だ分子が自由に動き得る状態にある。よって、ぶ
つかり合いを避ける方向、すなわちソース領域とドレイ
ン領域とを結ぶ方向（溝と平行な方向）に結晶成長が誘
導される（図１１ａ参照）。この結果、ソース領域とド
レイン領域とを結ぶ方向に長い大粒の結晶粒が形成され
る（図１１ｂ参照）。このような形状の結晶粒の集合体
からなるチャネル領域であると、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向の結晶粒界密度が小さいので、電界効
果移動度等のＴＦＴ特性に優れた結晶質薄膜トランジス
タが構成できる。

【００６７】請求項２８に記載の発明は、請求項２６に
記載の発明において、前記結晶成長方向制御空隙が、ソ
ース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に不連続的に複数
設けられていることを特徴とする。

【００６８】不連続的に複数の結晶成長方向制御空隙を
配置したこの構成であると、結晶成長がより極め細かに
制御され、特に結晶成長方向制御空隙を２列以上配列し
た場合には、結晶粒の大きさや形状を一層極め細かに制
御できる。この理由を次に説明する。

【００６９】上記請求項２７で説明したように、より早
く結晶化温度にまで降温する結晶成長方向制御空隙の近
傍で結晶核が発生するが、各々の結晶核の間隔が狭い
と、十分に成長する前に他の結晶粒とぶつかって結晶成
長が止まるため、多数の微小な結晶粒からなる多結晶質
となると共に、結晶粒同志が衝突する境界付近では結晶
構造が歪になる。このため、所望のＴＦＴ特性が得られ
ない。このことから、電界効果移動度等のＴＦＴ特性を
高めるためには、結晶成長方向を制御すると共に、結晶
核の発生密度をも適正に制御する必要がある。

【００７０】ここで、空隙を不連続的に配置すると、空
隙の近傍で結晶核が発生するが、空隙と隣の空隙との中
間部分では結晶核が発生し難い。したがって、空隙の数
や空隙同志の間隔を調節することにより結晶核の発生密
度を制御できることになる。なお、空隙と隣の空隙との
中間部分において結晶核が発生しにくいのは、この部分
（薄膜物質が存在する部分）はレーザ照射によって十分
に昇温するからである。

【００７１】請求項２９の発明は、チャネル領域と、前
記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、および
ドレイン領域とを有する半導体層が基板上に形成されて
なる結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記結晶質半導
体層が、非単結晶質薄膜を結晶化してなるものであり、
少なくともチャネル領域には、チャネル領域本体部に比
較して結晶化開始温度が高い早期結晶化領域が設けられ
ていることを特徴とする。

【００７２】上記構成によると、早期結晶化領域がチャ
ネル領域本体部の結晶成長を制御するように機能する結
果、結晶粒界密度の小さい良質の結晶質半導体層が形成
できる。この理由は次の通りである。

【００７３】早期結晶化領域は、チャネル領域本体部に
比較して結晶化開始温度が高い部分であるので、放冷過
程において先ず最初に早期結晶化領域で結晶核が発生す
る。よって、その後はこの結晶核を中心にして結晶成長
が行われる。よって、早期結晶化領域を設けることによ
り、一度に多数の結晶核が発生する現象を防止でき、そ
の結果として、より大きな結晶粒が集合した多結晶質半
導体層となすことができる。

【００７４】ここで、早期結晶化領域は、少なくともチ
ャネル領域に１つ以上配置すればよいが、ソース領域と
ドレイン領域とを結ぶ方向へのキャリアの移動を障害し
ない位置に複数の早期結晶化領域を設けるのもよい。適
正な位置および間隔で複数の早期結晶化領域を薄膜面に
点在させると、結晶核の発生密度を適正に制御できるの
で、一層良好な結果が得られる。なお、上記構成におけ
る「結晶化開始温度が高い」とは、チャネル領域本体部
に比較し、より高い温度において結晶化が開始されるこ
とを意味する。

【００７５】請求項３０の発明は、請求項２９に記載の
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記早期結晶化領域
が、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に長い形状
のものであることを特徴とする。

【００７６】早期結晶化領域はキャリア移動させる領域
ではないので、この領域はソース領域とドレイン領域と
を結ぶ方向に対し幅狭がよい。なぜなら、早期結晶化領
域がソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と直交方向
に長い形状であると、早期結晶化領域がキャリア移動度
を障害する原因になるからである。

【００７７】請求項３１の発明は、請求項２９に記載の
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記早期結晶化領域
が、チャネル領域本体部を構成する成分と不純物とを含
んでなるものであることを特徴とする。

【００７８】半導体層に不純物を含ませて結晶化開始温
度を上げる手段であると、比較的簡単に早期結晶化領域
を形成することができる。よって、上記構成の結晶質薄
膜トランジスタは、電界効果移動度等のＴＦＴ特性に優
れ、しかも安価となる。

【００７９】請求項３２の発明は、請求項２６に記載の
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記結晶質半導体層
が、シリコン、またはシリコンとゲルマニウムの化合物
を主成分とするものであることを特徴とする。

【００８０】シリコン、またはシリコンとゲルマニウム
の化合物は、入手し易くかつ結晶化し易い。よって、上
記構成であると、高品質の結晶質薄膜トランジスタを安
価に提供できる。

【００８１】以下に記載する請求項３３〜３９の発明
は、上記請求項２６〜３２の結晶質薄膜トランジスタの
製造方法に関する。そして請求項３３〜３９の発明の作
用効果は、概ね上記請求項２６〜３２の説明で記載した
と同様である。したがって、以下では作用効果の詳細な
説明は省略する。

【００８２】請求項３３の発明は、チャネル領域と、前
記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、および
ドレイン領域とを有する結晶質半導体層を備える結晶質
薄膜トランジスタの製造方法において、少なくとも絶縁
性基板の上に非単結晶質薄膜を堆積する工程と、前記非
単結晶質薄膜に、結晶成長方向制御空隙を形成する工程
と、結晶成長方向制御空隙が形成された非単結晶質半導
体薄膜に、エネルギービームを照射して当該薄膜を結晶
化する工程とを備える結晶質薄膜トランジスタの製造方
法に関する。

【００８３】上記請求項３３の発明において、前記結晶
成長方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領域とを結
ぶ方向に溝状に形成することができ、更に前記結晶成長
方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方
向に不連続的に複数形成することができる。そしてこれ
らの構成により、上記した請求項２６〜２８の結晶質薄
膜トランジスタが作製できる。

【００８４】請求項３６の発明は、チャネル領域と、前
記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、および
ドレイン領域とを有する結晶質半導体層が形成されてな
る結晶質薄膜トランジスタの製造方法において、少なく
とも絶縁性基板の上に非単結晶質薄膜を堆積する工程
と、前記非単結晶質半導体薄膜の一部に、当該部分の結
晶化開始温度を高める不純物をイオン注入して不純物を
含む早期結晶化領域を形成する早期結晶化領域形成工程
と、前記早期結晶化領域形成工程の後、エネルギービー
ムを照射して当該薄膜の結晶化を行う工程と、を備える
結晶質薄膜トランジスタの製造方法に関する。

【００８５】上記請求項３６の発明において、前記早期
結晶化領域形成工程で、前記ソース領域と前記ドレイン
領域とを結ぶ方向に長い帯状の早期結晶化領域を形成す
ることができ、更に前記早期結晶化領域を、前記ソース
領域と前記ドレイン領域とを結ぶ方向に不連続的に配置
することができる。そしてこれらの構成により、上記し
た請求項２９〜３１の結晶質薄膜トランジスタが作製で
きる。

【００８６】更に、製造方法に関する上記各発明におい
ては、前記エネルギービームとして、エキシマレーザビ
ームを用いることができる。

【００８７】エキシマレーザは、光エネルギーが大きい
と共に、ＵＶ光であるのでシリコンによく吸収される。
よって、エキシマレーザビームを用いると、効率よく非
単結晶質半導体層の結晶化を行うことができ、特に非単
結晶質半導体層がシリコン等の紫外線吸収性の物質で組
成されている場合においては、半導体層のみを選択的に
加熱し溶融させることができる。したがって、照射領域
以外の部分に対し熱的悪影響を及ぼすことなく、半導体
層の結晶化を行えると共に、基板温度の上昇が小さいの
で、安価なガラス基板が使用できる。更にエキシマレー
ザとＵＶ吸収性の薄膜材料との組み合わせであると、結
晶成長方向制御空隙と、吸半導体層本体部との温度差が
大きくなるので、結晶成長方向制御空隙の機能（結晶成
長方向を制御する機能）が十分に発揮される。

【００８８】また、本発明者らは、結晶化のメカニズム
に対する上記考察を踏まえて、結晶を十分に成長させる
方法について鋭意研究した。その結果、光ビーム幅内の
光強度分布を意図的に不均一にすることにより、結晶化
が円滑に進行し、その結果として良質の結晶質薄膜が得
られることを見出した。このような知見に基づいて以下
の構成の本発明を完成した。

【００８９】すなわち、請求項４０の発明は、基板上に
形成された非単結晶質からなる薄膜に光ビームを照射す
ることにより、前記非単結晶質を結晶化または再結晶化
して結晶質半導体薄膜となす結晶質半導体薄膜の作製方
法において、上記光ビームとして、被照射面である前記
薄膜表面に温度勾配若しくは温度分布の不均一が生じる
ように、光エネルギー強度の分布パターンが調節された
光ビームを用いることを特徴とする。

【００９０】この構成であると、光ビームが照射された
非単結晶質薄膜表面に温度勾配若しくは温度分布の不均
一が生じるので、広い範囲で同時的に微小な結晶核が発
生するという上記図７ｆ、ｇで説明した現象が防止でき
る。したがって、相対的に大きな結晶粒が得られ、また
結晶化度の均一性が高まる。この結果、結晶粒界の密度
が小さくなり、電界効果移動度が向上する。

【００９１】請求項４１の発明は、請求項４０記載の結
晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、ビ
ーム幅内における光強度が一方から他方へ単調に増加し
または一方から他方へ単調に減少する分布パターンを有
する光ビームを用いることを特徴とする。

【００９２】この構成であると、光エネルギー強度の高
低に対応して、被照射面である非単結晶質薄膜表面に温
度勾配が形成され、結晶化が温度の低い所から温度の高
い方向に誘導される。よって、無秩序な結晶核の発生や
無秩序な結晶の成長が防止されるので、上記図７ｆ、ｇ
で説明したような現象が確実に防止できる。

【００９３】ここで、結晶質薄膜を例えばソース領域−
チャネル領域−ドレイン領域とからなる半導体回路に使
用する場合においては、好ましくはソース−ドレイン方
向と平行な方向に光エネルギーの強度勾配を形成する。
このようにすると、結晶成長の方向がキャリアの移動方
向と平行する方向に規制され、この方向における結晶粒
界密度が小さくなる。よって、この方法の採用により、
例えば３００ｃｍ²／Ｖｓ程度ないしそれ以上の移動度
が実現できる。

【００９４】請求項４２の発明は、請求項４０記載の結
晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、ビ
ーム幅内において相対的に光強度の強い部分と相対的に
光強度の弱い部分とが平面的に交互に配列された分布パ
ターンを有する光ビームを用いることを特徴とする。

【００９５】光強度の強い部分と弱い部分とからなる縞
状のパターンを有する光ビームが照射されると、照射面
に温度の高い部分と低い部分とからなる縞状の温度分布
パターンが形成できる。このような縞状の温度分布パタ
ーンにおいては、温度の低い部分（通常帯状になってい
る）から温度の高い部分方向に結晶成長が誘導される。
そして、温度の高い部分（帯）の中央部付近で結晶粒が
衝突し、ここに結晶粒界の連続線（山脈のような連続
線）が形成されると共に、この連続線と平行な方向にや
や長い結晶粒が形成される。

【００９６】したがって、この構成によっても、上記図
７ｆ、ｇで説明したような現象が防止でき、更に上記請
求項４１の発明におけると同様な効果も得られる。すな
わち、相対的に光強度の強い領域と光強度の弱い領域と
をソース−ドレイン方向に平行させて配置し結晶化を行
う。このようにすると、結晶粒の衝突線がソース−ドレ
イン方向と平行になり、キャリアが移動度を大きく低下
させる原因になる結晶粒の衝突線（結晶粒界の境界線）
を横断することがなくなる。よって、高い移動度を有す
るチャネル領域が形成できることになる。

【００９７】請求項４３の本発明は、請求項４２記載の
結晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、
少なくとも２つの互いにコヒーレントな光を同時に照射
して光干渉を生じさせることにより形成した光ビームを
用いることを特徴とする。

【００９８】光干渉を利用するこの構成であると、きめ
細かな光強度分布を形成でき、その結果として照射面に
きめ細かな縞状の温度分布が形成できる。よって、この
構成によると、、比較的幅の広い領域の結晶化を円滑に
進行させることができる。

【００９９】請求項４４の本発明は、請求項４０記載の
結晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、
少なくとも２つの互いにコヒーレントな光を同時に照射
し、かつ前記光の少なくとも１つの光の位相を動的に変
調することにより形成した波動的な干渉パターンを用い
ることを特徴とする動的な光干渉パターンを利用するこ
の構成では、光ビームのエネルギー強度分布が波動的に
変化し、これに対応して照射面の温度が一方向に移動し
ていくように波動的に変化する。よって、この構成であ
ると、非結晶質薄膜中に含まれる不純物を徐々に有効領
域外に追いやることができ、その結果として高純度かつ
移動度に優れた結晶質薄膜を形成できる。

【０１００】なお、上記請求項４０〜４４記載の結晶質
薄膜の作製方法において、前記光ビームを基板上の非単
結晶質薄膜に対して相対的に移動させながら照射しても
よい。照射面（非単結晶質薄膜面）に温度勾配若しくは
温度分布の不均一が生じるように、光エネルギー強度の
分布パターンが調節された光ビームを、薄膜面に対し相
対的に移動させながら照射するこの構成であると、きめ
細かに結晶成長方向を誘導できる。よって、結晶化度の
均一性が高く、一定方向における結晶粒界密度の小さい
良質な結晶質薄膜が得られる。

【０１０１】請求項４５の発明は、基板上に形成された
非単結晶質からなる薄膜に光ビームを照射し、しかる後
放熱して、前記非単結晶質を結晶化または再結晶化する
結晶質半導体薄膜の作製方法において、周囲雰囲気圧力
を一定値以上に保つことにより、光ビームの照射された
薄膜面に不均一な温度分布を生じさせることを特徴とす
る。

【０１０２】この構成であると、雰囲気ガスを構成する
気体分子が薄膜面に衝突し離脱する際に薄膜の熱を奪
い、局所的に温度の低い部位を形成する。よって、この
部位で結晶核が発生し、この結晶核が結晶の成長を促進
するので、上記図７ｆ、ｇで説明したような現象が防止
できる。

【０１０３】請求項４６の発明は、請求項４５に記載の
結晶質薄膜の形成方法において、前記一定値以上の雰囲
気圧力が、雰囲気ガスが水素ガスのとき、１０-5ｔｏｒ
ｒ以上であることを特徴とする。

【０１０４】１０-5ｔｏｒｒ以上の水素ガス圧中でレー
ザアニール処理を行うと、比熱の高い水素分子の運動に
より上記請求項４５に記載した作用効果が確実に得られ
る。

【０１０５】また、上記の課題を解決するため、請求項
４７の発明は、半導体膜の製造方法であって、基板上に
形成された前駆体半導体膜に、少なくとも、上記前駆体
半導体膜を結晶化させ得るエネルギを上記前駆体半導体
膜に与える第１のエネルギビームと、上記第１のエネル
ギビームより上記前駆体半導体膜の吸収率が小さく、か
つ、上記前駆体半導体膜を結晶化させ得るエネルギより
も小さいエネルギを上記前駆体半導体膜に与える第２の
エネルギビームとを照射して、上記前駆体半導体膜を結
晶化させる工程を有することを特徴としている。

【０１０６】これにより、第２のエネルギビームは、前
駆体半導体膜の下部および基板にまで到達しやすく、前
駆体半導体膜が、その厚さ方向にわたって加熱されると
ともに、基板も加熱され、第１のエネルギビームの照射
時と照射終了後との温度差が減少する。そこで、第１の
エネルギビームが照射されることによって加熱され、溶
融した前駆体半導体膜は、その照射が終了した後に、徐
冷されながら、結晶化する。それゆえ、結晶成長が促進
され、比較的大きな結晶粒が形成されるとともに、結晶
欠陥が減少し、半導体膜の電気的特性が向上する。

【０１０７】請求項４８の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記前駆体半導体膜は、非晶質
シリコン薄膜であることを特徴としている。

【０１０８】これにより、結晶品質の良好で、電界効果
移動度などの電気的特性が良好な多結晶シリコン薄膜を
容易に形成することができる。

【０１０９】請求項４９の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビームは、
上記前駆体半導体膜の吸収係数が、上記前駆体半導体膜
の膜厚のほぼ逆数以上であるとともに、上記第２のエネ
ルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸収係数が、上記
前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数以下であることを特徴
としている。

【０１１０】これにより、多くの第１のエネルギビーム
が前駆体半導体膜の表面付近で吸収される一方、多くの
第２のエネルギビームは前駆体半導体膜の下部および基
板にまで到達するので、前駆体半導体膜が効率よく加熱
されるとともに、基板も加熱され、第１のエネルギビー
ムの照射が終了した後に、徐冷されて結晶成長が促進さ
れるので、比較的大きな結晶粒を確実に形成され、結晶
品質の良好な半導体膜が形成される。

【０１１１】請求項５０の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビームは、
上記前駆体半導体膜の吸収係数が、上記前駆体半導体膜
の膜厚の逆数のほぼ１０倍以上であるとともに、上記第
２のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸収係数
が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数であることを
特徴としている。

【０１１２】これにより、前駆体半導体膜が、一層、効
率よく加熱され、より結晶品質の良好な半導体膜が形成
される。

【０１１３】請求項５１の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビーム、お
よび第２のエネルギビームは、互いに波長の異なる光で
あることを特徴としている。

【０１１４】これにより、上記のような吸収率の差を容
易に与えることができる。

【０１１５】上記のような互いに波長の異なる光は、例
えば、上記第１のエネルギビームは、単波長のエネルギ
ビームであるとともに、上記第２のエネルギビームは、
少なくとも可視光領域の波長成分を含む光が適用でき
る。

【０１１６】より具体的には、第１のエネルギビームと
第２のエネルギビームとは、例えば、レーザ光と赤外線
ランプと、レーザ光と白熱光と、またはレーザ光とエキ
シマランプ光となどを用いることができる。また、上記
のような互いに波長の異なる光として、例えば、上記第
２のエネルギビームは、キセノンフラッシュランプ光な
ど、少なくとも可視光領域から紫外光領域の波長成分を
含む光を用いることもできる。

【０１１７】さらに、上記第１のエネルギービーム、お
よび第２のエネルギビームは、レーザ光であってもよ
い。

【０１１８】すなわち、レーザ光を用いれば、エネルギ
密度の大きなエネルギビームを容易に照射することがで
きるので、前駆体半導体膜および基板を効率よく加熱す
ることが容易にできる。

【０１１９】具体的には、例えば、上記前駆体半導体膜
が非晶質シリコン薄膜である場合に、上記第１のエネル
ギビームとして、アルゴンフッ素エキシマレーザ、クリ
プトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩素エキシマレ
ーザ、またはキセノンフッ素エキシマレーザのうちの何
れかのレーザ光、上記第２のエネルギビームとして、ア
ルゴンレーザのレーザ光を用いることができる。

【０１２０】また、上記基板がガラス基板であり、上記
前駆体半導体膜が非晶質シリコン薄膜である場合に、上
記第１のエネルギビームとして、アルゴンフッ素エキシ
マレーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン
塩素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレ
ーザのうちの何れかのレーザ光、上記第２のエネルギビ
ームとして、炭酸ガスレーザのレーザ光を用いることが
できる。

【０１２１】上記各エキシマレーザは、大きな出力を得
やすいとともに、非晶質シリコン薄膜の表面付近で吸収
されやすい一方、上記アルゴンレーザのレーザ光は、あ
る程度非晶質シリコン薄膜を透過して、非晶質シリコン
薄膜の厚さ方向にわたって吸収されやすく、また、炭酸
ガスレーザのレーザ光は、非晶質シリコン薄膜を比較的
よく透過して、ガラス基板に吸収されやすいので、非晶
質シリコン薄膜を効率よく加熱でき、結晶品質の良好な
多結晶シリコン薄膜を形成することが容易にできるとと
もに、生産性を向上させることも容易にできる。

【０１２２】請求項６１の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビーム、お
よび第２のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜にお
ける帯状の領域に照射することを特徴としている。

【０１２３】このように帯状の領域に照射することによ
り、均一な温度分布で加熱することが容易にでき、一様
な結晶品質の半導体膜を容易に形成することができると
ともに、結晶化工程に要する時間を短く抑えることも容
易にできる。

【０１２４】請求項６２の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第２のエネルギビームにお
ける上記前駆体半導体膜への照射領域は、上記第１のエ
ネルギビームにおける上記前駆体半導体膜への照射領域
よりも大きく、かつ、上記第１のエネルギビームの照射
領域を含む領域であることを特徴としている。

【０１２５】これにより、やはり、均一な温度分布で加
熱することが容易にでき、一様な結晶品質の半導体膜を
容易に形成することができる。

【０１２６】請求項６３の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビーム、お
よび第２のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜にほ
ぼ垂直に入射するように照射することを特徴としてい
る。

【０１２７】このように、各エネルギビームが前駆体半
導体膜にほぼ垂直に入射することにより、各エネルギビ
ームの照射むらが低減されるので、やはり、一様な結晶
品質の半導体膜を容易に形成することができる。

【０１２８】請求項６４の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、第２のエネルギビームは、少な
くとも、上記第１のエネルギビームを照射するのに先立
って照射することを特徴としている。上記第１のエネル
ギビームに先立つ上記第２のエネルギビームの照射は、
各エネルギビームの照射タイミングを制御することによ
り行うことができるほか、例えば、上記前駆体半導体膜
の形成された基板を移動させるとともに、上記第２のエ
ネルギビームは、上記前駆体半導体膜における上記第１
のエネルギビームの照射位置よりも、上記移動方向前方
側の位置に照射することなどによっても行うことができ
る。

【０１２９】このような照射を行うことにより、第２の
エネルギビームによって半導体膜や基板が十分に加熱さ
れた状態で、第１のエネルギビームによって結晶化が行
われるので、効率よく結晶化工程を行うことができる。

【０１３０】請求項６６の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビームは、
間欠的に照射する一方、上記第２のエネルギビームは、
連続的に照射することを特徴としている。具体的には、
例えば、第１のエネルギビームとして、パルス発振のレ
ーザ光、第２のエネルギビームとして、連続発振のレー
ザ光やランプの光を用いることができる。

【０１３１】このように、第２のエネルギビームを連続
的に照射することにより、基板および前駆体半導体膜を
所定の安定した温度に加熱することが容易にできるとと
もに、第１のエネルギビームを間欠的に照射することに
より、基板への熱の伝達を少なく抑えて、基板の過大な
加熱による溶融や歪みの発生を防止しつつ、前駆体半導
体膜の結晶化を確実に行うことが容易にできる。

【０１３２】請求項６９の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビーム、お
よび第２のエネルギビームは、互いに同期させて、間欠
的に照射することを特徴としている。具体的な照射タイ
ミングとしては、例えば、上記第１のエネルギビームを
照射する期間は、上記第２のエネルギビームを照射する
期間内で、かつ、上記第２のエネルギビームの照射周期
の３分の２以下の期間になるようにすることが好まし
い。また、各エネルギビームは、具体的には、第１のエ
ネルギビームとして、パルス発振のレーザ光、第２のエ
ネルギビームとして、パルス発振のレーザ光や、間欠的
に点灯されるランプの光を用いることができる。

【０１３３】このように、第１のエネルギビーム、およ
び第２のエネルギビームを間欠的に照射することによ
り、単位面積あたりに大きな光量で照射することが容易
にでき、基板の過大な加熱による溶融や歪みの発生を防
止しつつ、大きなエネルギを与えて加熱することができ
るので、前駆体半導体膜の結晶化を確実に行うことが容
易にできる。特に、パルス発振のレーザ光は、大出力の
ものが得やすく、広い面積にわたって高温に加熱するこ
とが容易にできるので、結晶化工程に要する時間を短く
抑えて生産性を向上させることも容易にできる。

【０１３４】請求項７３、または請求項７４の発明は、
請求項４７の半導体膜の製造方法であって、上記第１の
エネルギビーム、および第２のエネルギビームは、上記
前駆体半導体膜が３００℃以上１２００℃以下、さらに
好ましくは、６００℃以上１１００℃以下の温度に加熱
されるように照射することを特徴としている。

【０１３５】このような範囲の温度に前駆体半導体膜を
加熱することにより、部分的に微細な結晶が生じること
による結晶欠陥や不均一な結晶化を防止しつつ、結晶化
する際の温度変化をゆるやかにして結晶成長を促進し、
大きな結晶粒を形成することが容易にできる。

【０１３６】請求項７５の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、さらに、上記前駆体半導体膜の
形成された基板をヒータにより加熱する工程を有するこ
とを特徴としている。具体的には、例えば、上記前駆体
半導体膜の形成された基板が３００℃以上６００℃以下
の温度になるように加熱することが好ましい。

【０１３７】このように、第２のエネルギビームに加え
て、ヒータによって基板を加熱することによって、一
層、前駆体半導体膜を効率よく加熱することができると
ともに、徐礼して結晶成長を促進することが容易にでき
る。しかも、従来のヒータだけによって基板を加熱する
場合に比べて、短時間で所定の温度に加熱することがで
きるので、生産性を容易に向上させることができる。

【０１３８】請求項７７の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第１のエネルギビームは、
上記前駆体半導体膜における複数の領域に照射するとと
もに、上記第２のエネルギビームは、上記複数の領域の
一部についてだけ照射することを特徴としている。

【０１３９】このように部分的に第２のエネルギビーム
を照射することにより、例えば特に高い電気的特性が必
要な領域だけについて結晶性を向上させることができる
ので、短時間の結晶化工程で、必要十分な結晶化を行
い、生産性を向上させることが容易にできる。

【０１４０】請求項７８の発明は、請求項４７の半導体
膜の製造方法であって、上記第２のエネルギビームは、
上記基板における吸収率が、上記上記前駆体半導体膜に
おける吸収率よりも大きいことを特徴としている。ま
た、さらに、上記第１のエネルギビームは、上記前駆体
半導体膜の吸収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚の逆
数のほぼ１０倍以上であることが好ましい。

【０１４１】具体的には、例えば、上記基板はガラス基
板であり、上記前駆体半導体膜が非晶質シリコン薄膜で
ある場合に、上記第１のエネルギビームとして、アルゴ
ンフッ素エキシマレーザ、クリプトンフッ素エキシマレ
ーザ、キセノン塩素エキシマレーザ、またはキセノンフ
ッ素エキシマレーザのうちの何れかのレーザ光、上記第
２のエネルギビームとして、炭酸ガスレーザのレーザ光
を用いることができる。

【０１４２】これにより、多くの第１のエネルギビーム
が前駆体半導体膜の表面付近で吸収される一方、多くの
第２のエネルギビームは基板に吸収されるので、前駆体
半導体膜が効率よく加熱されるとともに、基板も加熱さ
れ、第１のエネルギビームの照射が終了した後に、徐冷
されて結晶成長が促進されるので、比較的大きな結晶粒
を確実に形成され、結晶品質の良好な半導体膜が形成さ
れる。

【０１４３】請求項８１の発明は、基板上に形成された
前駆体半導体膜を結晶化させる半導体膜の製造装置であ
って、第１のエネルギビームを照射する第１の照射手段
と、上記第１のエネルギビームより上記前駆体半導体膜
の吸収率が小さい第２のエネルギビームとを照射する第
２の照射手段とを備えたことを特徴としている。

【０１４４】これにより、第２のエネルギビームは、前
駆体半導体膜の下部および基板にまで到達しやすく、前
駆体半導体膜が、その厚さ方向にわたって加熱されると
ともに、基板も加熱され、第１のエネルギビームの照射
時と照射終了後との温度差が減少する。そこで、第１の
エネルギビームが照射されることによって加熱され、溶
融した前駆体半導体膜は、その照射が終了した後に、徐
冷されながら、結晶化する。それゆえ、結晶成長が促進
され、比較的大きな結晶粒が形成されるとともに、結晶
欠陥が減少し、電気的特性が向上した半導体膜を製造す
ることができる。

【０１４５】請求項８２の発明は、請求項８１の半導体
膜の製造装置であって、上記第２の照射手段は、放射状
に第２のエネルギビームを発するランプであるととも
に、さらに、上記第２のエネルギビームを集光する凹面
反射鏡を備えたことを特徴としている。

【０１４６】これにより、基板等を効率よく加熱するこ
とができるとともに、温度分布を均一化して、一様な結
晶品質の半導体膜を形成することが容易にできる。

【０１４７】請求項８３の発明は、請求項８１の半導体
膜の製造装置であって、さらに、上記第１のエネルギビ
ームと第２のエネルギビームとのうち、いずれか一方を
反射する一方、他方を透過させる反射板を備え、上記第
１のエネルギビーム、および第２のエネルギビームを、
何れも上記前駆体半導体膜にほぼ垂直に入射させるよう
に構成されていることを特徴としている。

【０１４８】このように、各エネルギビームが前駆体半
導体膜にほぼ垂直に入射することにより、各エネルギビ
ームの照射むらが低減されるので、やはり、一様な結晶
品質の半導体膜を容易に形成することができる。

【０１４９】上記のような第１の照射手段、および第２
の照射手段は、具体的には、例えば、上記前駆体半導体
膜が非晶質シリコン薄膜である場合に、上記第１の照射
手段は、アルゴンフッ素エキシマレーザ、クリプトンフ
ッ素エキシマレーザ、キセノン塩素エキシマレーザ、ま
たはキセノンフッ素エキシマレーザのうちの何れか、上
記第２の照射手段として、アルゴンレーザを用いること
ができる。

【０１５０】また、上記基板がガラス基板であり、上記
前駆体半導体膜が非晶質シリコン薄膜である場合に、上
記第１のエネルギビームとして、アルゴンフッ素エキシ
マレーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン
塩素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレ
ーザのうちの何れかのレーザ光、上記第２のエネルギビ
ームとして、炭酸ガスレーザのレーザ光を用いることが
できる。

【０１５１】また、上記の課題を解決するために、請求
項８６の発明は、画像表示領域と駆動回路部領域とを有
する基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギ
ビームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄
膜の製造方法であって、上記画像表示領域への第１の照
射は、ビームの断面形状が線状のエネルギビームを用い
て行う一方、上記駆動回路部領域への第２の照射は、ビ
ームの断面形状が角状のエネルギビームを用い、かつ、
上記第１の照射よりも高いエネルギ密度で行うことを特
徴としている。

【０１５２】また、請求項８７の発明は、画像表示領域
と駆動回路部領域とを有する基板上に形成された非単結
晶半導体薄膜にエネルギビームを照射して結晶成長させ
る工程を有する半導体薄膜の製造方法であって、上記画
像表示領域への第１の照射は、上記基板に対して相対的
にエネルギビームを走査し、エネルギビームの照射領域
を所定のオーバラップ量でずらしながら照射する走査照
射である一方、上記駆動回路部領域への第２の照射は、
上記基板に対して相対的にエネルギビームを固定して行
う静止照射で、かつ、上記第１の照射よりも高いエネル
ギ密度で行うことを特徴としている。

【０１５３】具体的には、例えば液晶表示装置を構成す
る薄膜トランジスタの、半導体膜特性の均一性が要求さ
れる画素部分と、特性（特に移動度の高さ）が求められ
る駆動回路部分とでレーザ照射方法を異ならしめる。す
なわち、基板上に形成された非晶質シリコンにレーザ光
を照射して非晶質シリコンを溶融、結晶化させて多結晶
シリコンを形成するレーザアニールをする際に、基板面
内の駆動回路部領域に照射するレーザ光のエネルギー密
度を、画素部領域に照射するレーザ光のエネルギー密度
より高くしてレーザアニールを行って駆動回路部領域と
画素部領域とで特性の異なる多結晶シリコンを形成する
ものである。より具体的には、例えば、画素部領域の
み、または基板全面に対して第１のレーザ光照射を行っ
た後、駆動回路領域に対して前記第１のレーザ光照射の
際のレーザ光よりもエネルギー密度の高い第２のレーザ
光照射を行う。

【０１５４】この構成によれば、駆動回路部領域の多結
晶シリコンの移動度が画素部領域の多結晶シリコンの移
動度よりも高くなる一方で、画素部領域の多結晶シリコ
ンの特性を面内で均一にすることができる。

【０１５５】また、第１のレーザ光照射の際のレーザ光
が線状とし、第２のレーザ光照射の際のレーザ光が角状
とすることにより、基板を固定するステージを９０度回
転させることなくレーザアニールを行うことができる。

【０１５６】さらに、第１のレーザ光照射がレーザビー
ムの照射場所をずらしながら複数回照射する走査照射と
し、第２のレーザ光照射がレーザビームの照射場所を固
定して照射する静止照射とすることにより、駆動回路部
領域の多結晶シリコンの移動度を高めるとともに、均一
性も達成することができる。

【０１５７】また、駆動回路部領域内の複数の領域に異
なるエネルギー密度を有するレーザ光を照射してレーザ
アニールを行い、前記駆動回路部領域内で特性の異なる
多結晶シリコンを形成することも可能である。この場
合、ラッチやシフトレジスタ内のトランスファーゲート
の形成される領域とその他の領域で異なるエネルギー密
度を有するレーザ光を照射してレーザアニールを行うこ
とが好ましい。

【０１５８】さらに以上のレーザアニール方法において
は、ＴＦＴパターン上にレーザビーム端がこないように
レーザ光を照射することが好ましい。

【０１５９】また、本発明の半導体薄膜の製造装置は、
エネルギビーム発生手段と、上記エネルギビーム発生手
段から発せられたエネルギビームをエネルギの均一な所
定のビーム断面形状に整形する均一化手段とを備え、上
記整形されたエネルギビームを、基板上に形成された非
単結晶半導体薄膜に照射して結晶成長させる半導体薄膜
の製造装置であって、さらに、上記エネルギビームの透
過率が互いに異なる領域を有するフィルタを備え、上記
フィルタを介して、上記非単結晶半導体薄膜における複
数の領域に、互いに異なるエネルギ密度で上記エネルギ
ビームの照射を行うように構成されたことを特徴として
いる。

【０１６０】この構成により、同一基板面内に特性の異
なる複数の多結晶半導体膜を形成することが可能とな
る。

【０１６１】上記の構成において、マスクの透過率が光
学薄膜等によって変化しているレーザアニール装置とす
ることにより、透過率の分布を正確に作成することが可
能となり、また、マスクとレーザ光を処理室内の基板に
照射するための窓が同一体であるレーザアニール装置と
することにより、装置の構造が簡略化されるとともに、
光量の減衰を軽減することが可能となる。

【０１６２】また、エネルギビーム発生手段と、上記エ
ネルギビーム発生手段から発せられたエネルギビームを
エネルギの均一な所定のビーム断面形状に整形する均一
化手段とを備え、上記整形されたエネルギビームを、基
板上に形成された非単結晶半導体薄膜に照射して結晶成
長させる半導体薄膜の製造装置であって、上記均一化手
段が、エネルギビームを複数のビーム断面形状に選択的
に切り替えて整形し得るように構成されていることを特
徴としている。

【０１６３】この構成により、基板上の各場所に最適な
形状のレーザ光を照射することが可能となる。

【０１６４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１−１）基板上に熱
伝導率の異なる領域を設け、半導体薄膜に温度分布を持
たせて、結晶成長を制御する例を図１２に基づいて説明
する。

【０１６５】ガラス基板等の透明絶縁性基板２０１上に
は、図１２（ｃ）に示すように、全面にわたって下層絶
縁膜２０２が形成されている。下層絶縁膜２０２上に
は、部分的に、上記下層絶縁膜２０２よりも熱伝導率が
低い材料から成るストライプ状の上層絶縁膜２０３が形
成されている。さらに、上記下層絶縁膜２０２上、およ
び上層絶縁膜２０３上には、非晶質シリコン薄膜２０４
が形成されている。

【０１６６】上記非晶質シリコン薄膜２０４に、図１２
（ａ）に示すようなｘ，ｙ方向のエネルギ密度分布を有
するライン状のレーザ光を照射することにより、多結晶
シリコン薄膜２１０が形成される。その際、上記のよう
に上層絶縁膜２０３の熱伝導率が下層絶縁膜２０２の熱
伝導率よりも低いため、図１２（ｂ）に示すように、非
晶質シリコン薄膜２０４における上層絶縁膜２０３上の
領域の方が、上層絶縁膜２０３の間の領域よりも高い温
度になる。そこで、非晶質シリコン薄膜２０４の結晶化
は、上層絶縁膜２０３の間の領域から始まり、上層絶縁
膜２０３上の領域に向けて結晶が成長する。それゆえ、
上層絶縁膜２０３の間の領域では結晶粒同士の衝突が生
じにくく、比較的結晶粒の大きな大結晶粒領域２１０ｂ
が形成される一方、上層絶縁膜２０３の上方の領域で
は、上層絶縁膜２０３の両側から成長してきた結晶粒同
士が衝突するため、小結晶粒領域２１０ａが形成され
る。

【０１６７】上記のようにして形成された多結晶シリコ
ン薄膜２１０と、従来の方法によって多結晶化が行われ
た多結晶シリコン薄膜との結晶化度合いをラマン分光分
析のピーク強度により比較した。結果を図１３に示す。

【０１６８】ここで、本実施の形態の多結晶シリコン薄
膜２１０では、下層絶縁膜２０２として、厚さが２００
ｎｍの窒化珪素薄膜（熱伝導率：０．１９Ｗ／ｃｍ・
℃）、上層絶縁膜２０３として、厚さが３０ｎｍ、幅が
約５μｍ、間隔が２０μｍの酸化珪素薄膜（熱伝導率：
０．０１４Ｗ／ｃｍ・℃）を用いている。一方、従来の
方法では、絶縁膜として、厚さが２００ｎｍの１層の酸
化珪素薄膜を用いている。また、非晶質シリコン薄膜の
膜厚は、両者とも８５ｎｍに形成している。なお、ラマ
ンピーク強度の測定個所は、両者ともに図１２における
ｘ方向の照射領域の中央部である。

【０１６９】図１３から明らかなように、従来の方法で
は全体に結晶化度が小さいのに対し、本発明の方法の場
合には、Ａ、Ｂ、Ｃで示す上層絶縁膜２０３上の部分の
結晶化度は低いが、上層絶縁膜２０３に挟まれた、下層
絶縁膜２０２上の部分のラマンピーク強度は大きくなっ
ており、結晶化度が大きく改善されていることが認めら
れる。

【０１７０】なお、上層絶縁膜２０３のストライプパタ
ーンの間隔は、下層絶縁膜２０２および上層絶縁膜２０
３の熱伝導率や、照射するエネルギ密度等に応じて最適
値が変化するが、上記の例では、５〜５０μｍ、より望
ましくは１０〜３０μｍが安定に大きな結晶が得られる
範囲として望ましかった。

【０１７１】なお、上記の説明では、図１２におけるｙ
方向に関して、シリコン薄膜の表面に温度分布を持たせ
る例を示したが、レーザビームを静止させて照射する場
合には、同様にｘ方向に関しても温度分布を持たせるよ
うにしてもよい。また、レーザビームをｘ方向にスキャ
ンする場合には、照射領域が順次移動することによる温
度分布への影響も考慮すればよい。また、上記のように
熱伝導率の差を利用するとともに、さらにレーザビーム
のエネルギ密度分布を領域ごとに異ならせることによっ
て、温度分布を調整するようにしてもよい。

【０１７２】また、上記の例では、上層絶縁膜２０３の
熱伝導率を下層絶縁膜２０２よりも低くして、上層絶縁
膜２０３の存在しない領域の結晶粒径を大きくしたが、
逆に、上層絶縁膜の熱伝導率を下層絶縁膜よりも大きく
して、上層絶縁膜の形成された領域上の結晶粒径を大き
くするようにしてもよい。ただし、一般に前者のほう
が、熱伝導率が高い（シリコン薄膜の表面温度が低い）
領域の面積を大きくすることが容易なため、シリコン表
面の温度分布における温度勾配をより大きくしやすい。

【０１７３】また、熱伝導率の大小と積層の上下関係は
上記に限らず、逆でもよく、所定の温度分布が形成され
るようにすればよい。

【０１７４】また、上記のように絶縁膜を２層構造とす
る場合には、上層絶縁膜と下層絶縁膜のエッチング選択
比（エッチングレートの比）を大きく設定すれば、所望
の形状（厚さ）に上層絶縁膜を形成することが容易にで
きるため、大面積にわたって均一な厚さで上層絶縁膜を
形成でき、結果として、基板全面にわたって均一な粒径
の多結晶シリコン薄膜を容易に得ることができる。一
方、熱伝導率が異なる領域を設けるためには、例えばシ
リコン薄膜の厚さをエッチング加工等によって変化させ
てもよい。この場合には、エッチング加工の精度を比較
的高くする必要があるが、上記のように２層の絶縁膜を
形成する必要性がないので、製造工程の簡素化が図られ
る。

【０１７５】また、上記のように熱伝導率を異ならせる
のに代えて、熱容量が異なる領域を形成することによっ
て温度分布を生じさせるようにしても、同様に結晶性を
向上させることができる。

【０１７６】（実施の形態１−２）上記のようにして形
成された半導体薄膜を用いて形成された多結晶シリコン
薄膜トランジスタの例を説明する。

【０１７７】図１４（ａ）は、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）にお
けるＡ−Ａ’断面図である。図１４において、２０１は
透明絶縁性基板、２０２は下層絶縁膜、２０３は上層絶
縁膜、２０５はゲート絶縁膜、２０６はソース電極膜、
２０７はドレイン電極膜、２０８はゲート電極膜、２１
０ｂは多結晶シリコン薄膜２１０の大結晶粒領域２１０
ｂである。すなわち、この多結晶シリコン薄膜トランジ
スタは、前記実施の形態１−１で説明したようにして多
結晶化された多結晶シリコン薄膜２１０における上層絶
縁膜２０３に挟まれた領域の大結晶粒領域２１０ｂだけ
をエッチング等により選択的に残して用い、かつ、ソー
ス−ドレインの方向が上層絶縁膜２０３のストライプパ
ターンの方向と平行となるように形成されている。な
お、ゲート絶縁膜２０５、ソース電極膜２０６、ドレイ
ン電極膜２０７およびゲート電極膜２０８の形成方法と
しては、従来の薄膜トランジスタと同様の薄膜堆積、パ
ターニングによる方法が適用できる。

【０１７８】このようにして得られた多結晶薄膜トラン
ジスタは、電界効果移動度が約１８０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅ
ｃであり、従来の方法で作製したトランジスタの電界効
果移動度が７０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃであるのと比べて、
ＴＦＴ特性を大幅に向上させることができた。

【０１７９】なお、上層絶縁膜２０３の方向とソース−
ドレインの方向との関係は上記のように一致させるもの
に限らず、上層絶縁膜２０３の間隔等に応じて形成され
る結晶粒の長い方向がソース−ドレインの方向になるよ
うにするればよい。

【０１８０】（実施の形態１−３）上記実施の形態１−
２よりも大きなサイズの多結晶シリコン薄膜トランジス
タを形成する例を説明する。

【０１８１】この多結晶シリコン薄膜トランジスタは、
図１５に示すように、３本の上層絶縁膜２０３の間に形
成された２つの大結晶粒領域２１０ｂを用いて形成され
ている点が上記実施の形態１−２と異なる。また、下層
絶縁膜２０２としては、プラズマＣＶＤにより形成され
た、厚さが約２００ｎｍの窒化酸化珪素薄膜、上層絶縁
膜２０３としては、厚さが約４０ｎｍの酸化珪素薄膜が
用いられている。また、大結晶粒領域２１０ｂは、パタ
ーニングされて形成された上層絶縁膜２０３上に厚さが
８５ｎｍの非晶質シリコン薄膜２０４を形成し、実施の
形態１−１と同様にエキシマレーザ光の照射を行って多
結晶シリコン薄膜化することにより形成されている。

【０１８２】すなわち、トランジスタのサイズを大きく
するために上層絶縁膜２０３の間隔を広くすると、多結
晶化の処理を行う際に、シリコン薄膜表面におけるトラ
ンジスタ形成領域とトランジスタ形成領域の周囲の領域
のとの間の温度勾配を十分大きくすることが困難にな
り、結果として、トランジスタ形成領域におけるシリコ
ンの結晶粒径を十分に大きくすることができないおそれ
がある。そこで、上記のように上層絶縁膜２０３の間隔
を広く設定せずに、温度勾配を積極的に大きくして、良
好な結晶状態の大結晶粒領域２１０ｂを複数形成し、こ
れを組み合わせることにより、大きなサイズで、しかも
特性の良好な薄膜トランジスタを形成することができ
る。具体的には、例えば電界効果移動度が約２００ｃｍ
²／Ｖ・ｓｅｃと、非常に良好な特性の薄膜トランジス
タが得られた。

【０１８３】以上のように、本発明による多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタの製造方法はトランジスタを作製す
べき領域のみを大きな結晶粒とすることができるが、透
明絶縁性基板上に形成する絶縁膜としては、窒化珪素と
窒化酸化珪素および酸化珪素に限定されるものではな
く、熱伝導率が異なる組み合わせで、かつ選択的なエッ
チングができるものであれば、特に材料を限定するもの
ではない。

【０１８４】（実施の形態２−１）実施の形態２−１の
半導体素子として、やはり結晶粒の大きな半導体素子と
しての薄膜トランジスタの例を説明する。

【０１８５】図１６は薄膜トランジスタの概略図であ
り、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は図１６
（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を示したものである。

【０１８６】図１６において、３０１は絶縁性基板であ
り、この絶縁性基板３０１の上方にアンダーコート層３
０２、さらに、その上方にＳｉよりなる非晶質半導体膜
が結晶化されて成る半導体層３０３が設けられている。
この半導体層３０３には、図１６（ａ）に示すように、
半導体層３０３の対向する一対の辺に、半導体層３０３
と同一平面内で外方に延びる複数の突起部３０３ａが所
定の間隔をあけて形成されている。なお、突起部３０３
ａは、ほぼ長方形状に形成され、その長さ（半導体層３
０３からの突出長）及び幅（前記突出長と直角方向の長
さ）が１μｍに設定されている。さらに、上記半導体層
３０３を覆うように、半導体層３０３の上方に第１の絶
縁層３０４が設けられ、この第１の絶縁層３０４上の所
定位置に第１の電極であるゲート電極３０５が設けられ
ている。そして、ゲート電極３０５を覆うように、第２
の絶縁層３０６が設けられ、第２の絶縁層３０６上の所
定位置に、半導体層３０３に電気的に接触する一対の第
２の電極であるソース電極３０７ｓとドレイン電極３０
７ｄが設けられている。

【０１８７】ここで、上記突起部３０３ａの幅は、１μ
ｍに限らないが、結晶の粒径をより整合させて、突起部
３０３ａ毎に１つの結晶核を発生させるようにするため
に、半導体層３０３の膜厚（例えば０．０５μｍ）以上
であって３μｍ以下程度とすることが望ましい。上記数
値範囲を採る技術的理由は、突起部３０３ａの幅が膜厚
より小さい場合、突起部３０３ａにおいて発生する結晶
核が表面張力の作用を受け、半導体層３０３に引き込ま
れてしまい、結晶核が存続し得ない虞がある一方、突起
部３０３ａの幅が３μｍより大きい場合、突起部３０３
ａにおいて２つ以上の結晶核が発生する虞があるためで
ある。また、突起部３０３ａの形状は、長方形に限ら
ず、半円形状や三角形状等の他の形状でも良い。突起部
３０３ａは半導体層３０３における対向する辺の全長に
わたって形成するものに限らず、例えば、ゲート電極３
０５に対応する部分のみに形成しても良く、要するに、
素子の特性に影響を与えるチャンネル部分に形成されて
いれば良い。さらに、ソース、ドレイン間の中間付近に
位置するように形成するようにしてもよい。また、隣り
合う突起部３０３ａの間隔は、所望粒径等の条件により
適宜選択することができるが、本実施の形態において
は、突起部３０３ａの間隔として、この突起部３０３ａ
が設けられる辺に直交する辺の長さ（ｗ）と略等しくな
るように設定されている。なお、このように設定するこ
とは、縦横方向の結晶粒の長さがほぼ等しい大きな結晶
粒が形成されやすくなる点で好ましいが、このように設
定しない場合でも、周辺部から規則的に結晶成長させる
ことにより比較的大きな結晶粒が形成される効果は得ら
れる。

【０１８８】上記のような突起部３０３ａが形成されて
いることにより、半導体層３０３にレーザビームが照射
されて加熱された後に、突起部３０３ａの方が早期に冷
却されるため結晶核が発生しやすいとともに、この結晶
核から半導体層３０３の中央部に向かって結晶が成長す
る。また、その際、隣り合う突起部３０３ａ、および対
向する辺の突起部３０３ａから成長する結晶粒が互いに
干渉することなく半導体層３０３の中央部付近まで成長
しやすいため、比較的大きな結晶粒が形成される。それ
ゆえ、電界効果移動度を高めて、ＴＦＴ特性を向上させ
ることが容易にできる。

【０１８９】次に、上記のような薄膜トランジスタの製
造方法について、図１８を参照しながら説明する。図１
８は薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。

【０１９０】まず、図１８（ａ）に示すように、絶縁性
基板３０１上にアンダーコート層３０２を形成し、上記
アンダーコート層３０２上にシリコンを被着させて、非
晶質（非単結晶）の半導体層３０３を形成する。次に、
半導体層３０３上にフォトレジスト（不図示）を所定の
形状に選択形成し、このフォトレジストをマスクとし
て、前記図１６（ａ）に示すように、非晶質の半導体層
３０３の対向する辺の全長にわたって同一平面内で延び
る突起部３０３ａを有する形状に形成し、その後、上記
フォトレジストを除去する。

【０１９１】次に、図１８（ｂ）に示すように、上記非
晶質の半導体層３０３にエネルギービームとしてのエキ
シマレーザ光を照射して結晶化させ、ｐｏｌｙ−Ｓｉの
改質層とする。ここで、レーザ光の照射後、周縁の突起
部３０３ａに蓄積された熱は半導体層３０３と平行な平
面内において外側の３方向に拡散するのに対して、中央
部に蓄積された熱は未だ冷却されていない周縁側にしか
逃げ場がないので、突起部３０３ａを含めて周縁部の方
が中央部に較べて十分早く冷却される。そこで、突起部
３０３ａにおける結晶核は、中央部における結晶核より
も早い時期に発生し、中央部において結晶核が発生もし
くは結晶成長する以前に、この周縁に発生した結晶核が
中央部に向けて結晶成長するので、結晶粒径や結晶方位
が制御可能となる。このことにより、結晶成長の過程に
ある結晶同士の干渉が防止され、十分な結晶粒径を得る
ことが容易にできる。

【０１９２】続いて、図１８（ｃ）に示すように、半導
体層３０３及びアンダーコート層３０２上に第１の絶縁
層３０４を形成し、前記第１の絶縁層３０４上に第１の
電極であるゲート電極３０５を選択形成する。

【０１９３】その後、図１８（ｄ）に示すように、前記
ゲート電極３０５をマスクとして用い、前記半導体層３
０３にイオン注入法または質量分離を行わないイオンド
ーピング法によりドナーもしくはアクセプタとなる不純
物を添加することによって、ソース領域３０３ｓ及びド
レイン領域３０３ｄを形成する。

【０１９４】最後に、図１８（ｅ）に示すように、第２
の絶縁層３０６を形成した後、コンタクトホールを開口
し、ソース電極３０７ｓ、ドレイン電極３０７ｄを選択
形成して薄膜トランジスタが得られる。

【０１９５】なお、上記の例では、半導体層３０３とし
てＳｉを用いたが、他の材料としてＳｉとＧｅの化合物
などであっても構わない。またＳｉＣのようなＩＶ族ど
うしの他の組み合わせや、ＧａＡｓのようなＩＩＩ族と
Ｖ族の組み合わせ、ＣｄＳｅのようなＩＩ族とＶＩ族の
組み合わせでも良い。また、多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタを例示して説明したが、これに限らず、他の種々
の半導体素子に適用することも勿論、可能である。

【０１９６】さらに、非晶質の半導体層３０３を多結晶
化させる際に、エネルギービームとしてエキシマレーザ
ーを用いたが、他のエネルギービームであるＡｒレーザ
ー、ＹＡＧレーザー等のレーザー光、イオンビーム、電
子ビーム等を使用することもできる。

【０１９７】（実施の形態２−２）実施の形態２−２の
半導体素子として、逆スタガ型の薄膜トランジスタの例
を説明する。

【０１９８】図１７は薄膜トランジスタの概略図であ
り、図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は図１７
（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を示したものである。

【０１９９】この薄膜トランジスタは、前記実施の形態
２−１と比べて、主として、逆スタガ構造である点と、
突起部３０３ａが半導体層３０３の全周にわたって形成
されている点が異なる。

【０２００】図１７において、３０１は絶縁性基板であ
り、この絶縁性基板３０１の上方にアンダーコート層３
０２、その上方に第１の電極であるゲート電極３０５が
設けられている。さらに、ゲート電極３０５を覆う第１
の絶縁層３０４が設けられ、第１の絶縁層３０４上に半
導体層３０３が設けられている。この半導体層３０３に
は、図１７（ａ）に示すように、半導体層３０３の全周
に、半導体層３０３と同一平面内で外方に延びる複数の
突起部３０３ａが所定の間隔をあけて形成されている。
この突起部３０３ａの形状等は、実施の形態２−１と同
様である。ここで、同図においては、便宜上、各突起部
３０３ａの間隔を狭く描いているが、実施の形態２−１
と同様に半導体層３０３の幅と同程度に設定することが
好ましい。ただし、同図に示すように密に形成したり、
逆に間隔を長く形成したりする場合でも、周辺部から規
則的に結晶成長させることにより比較的大きな結晶粒が
形成される効果は得られる。半導体層３０３上には、半
導体層３０３に電気的に接触する一対の第２の電極であ
るソース電極３０７ｓ、ドレイン電極３０７ｄが形成さ
れている。

【０２０１】次に、上記のような薄膜トランジスタの製
造方法について、図１９を参照しながら説明する。図１
９は薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。

【０２０２】まず、図１９（ａ）に示すように、絶縁性
基板３０１上にアンダーコート層３０２を形成し、前記
アンダーコート層３０２上に第１の電極であるゲート電
極３０５を選択形成する。

【０２０３】次に、図１９（ｂ）に示すように、前記ゲ
ート電極３０５及びアンダーコート層３０２上に第１の
絶縁層３０４を形成し、前記第１の絶縁層３０４上にシ
リコンを被着させて、非晶質（非単結晶）の半導体層３
０３を形成する。次に、半導体層３０３上にフォトレジ
スト（不図示）を所定の形状に選択形成し、このフォト
レジストをマスクとして、前記図１７（ａ）に示すよう
に、非晶質の半導体層３０３の全周にわたって同一平面
内で延びる突起部３０３ａを有する形状に形成し、その
後、上記フォトレジストを除去する。

【０２０４】次に、図１９（ｃ）に示すように、上記非
晶質の半導体層３０３にエネルギービームとしてのエキ
シマレーザ光を照射して結晶化させ、ｐｏｌｙ−Ｓｉの
改質層とする。ここで、上記のように突起部３０３ａが
形成されていることにより、前記実施の形態２−１で説
明したのと同様に、十分な結晶粒径を得ることが容易に
できる。

【０２０５】その後、図１９（ｄ）に示すように、前記
半導体層３０３上にドーピングに対するマスクとしての
レジスト３０８を所定の形状に選択形成し、前記レジス
ト３０８をマスクとして、前記半導体層３０３にイオン
注入法または質量分離を行わないイオンドーピング法に
よりドナー、もしくはアクセプタとなる不純物を添加す
ることによって、ソース領域３０３ｓ及びドレイン領域
３０３ｄを形成し、その後、レジスト３０８を除去す
る。

【０２０６】最後に、図１９（ｅ）に示すように、ソー
ス電極３０７ｓ、ドレイン電極３０７ｄを選択形成して
薄膜トランジスタが得られる。

【０２０７】なお、本実施の形態２−２においても、前
記実施の形態２−１で説明したのと同様の種々の変形が
適用可能である。

【０２０８】また、上記のような逆スタガ型の薄膜トラ
ンジスタに限らず、前記実施の形態２−１と同様のスタ
ガ型の薄膜トランジスタを形成しても、同様の効果は得
られる。また、上記のように突起部３０３ａを半導体層
３０３の全周にわたって形成するのに代えて、実施の形
態２−１と同様に対向する辺だけに形成するようにして
もよい。

【０２０９】（実施の形態３−１）図２０ないし図２２
に基づいて説明する。初めに、本実施の形態に係る薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor) の構造
を説明する。

【０２１０】図２０は、順スタガ型のＴＦＴ４１０の概
略を示す模式図であり、図２０（ａ）はＴＦＴ４１０の
平面図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）におけるＡ−Ａ’
矢視断面図である。図２１は、図２０（ａ）におけるＢ
−Ｂ’矢視断面図である。図２０に示すように、ＴＦＴ
４１０は、絶縁性基板４０１上に、アンダーコート層４
０２と、ｐ−Ｓｉ膜４０３と、第１の絶縁膜４０４と、
第２の絶縁膜４０６と、ゲート電極４０５、ソース電極
４０７ｓ及びドレイン電極４０７ｄの３つの電極とが設
けられて構成されている。

【０２１１】上記絶縁性基板４０１は、例えば歪み点５
９３℃、厚さ１．１ｍｍのガラス基板であり、アンダー
コート層４０２は例えばＳｉＯ₂からなる薄膜である。
また上記ｐ−Ｓｉ膜４０３は、アンダーコート層４０２
上に本発明の方法を適用して形成した多結晶質半導体層
本体部である。このｐ−Ｓｉ膜４０３は、チャネル領域
４０３ａと、ソース領域４０３ｂ及びドレイン領域４０
３ｃとで構成されており、ソース領域４０３ｂ及びドレ
イン領域４０３ｃは、チャネル領域４０３ａの両側に位
置している。該ソース領域４０３ｂ及びドレイン領域４
０３ｃは、リン又はボロン等の不純物イオンをドーピン
グすることにより構成されている。

【０２１２】上記ｐ−Ｓｉ膜４０３の材料としては、例
えばシリコン（Ｓｉ）、若しくはシリコンとゲルマニウ
ム（Ｇｅ）との化合物を用いる。またｐ−Ｓｉ膜４０３
の膜厚としては、好ましくは２００Å〜１５００Å、よ
り好ましくは３００Å〜１０００Åの範囲内とする。２
００Å未満の厚さであると、膜厚の均一性に問題が生
じ、１５００Åを超えると、光照射によりソース・ドレ
イン間に電流が流れるといういわゆるフォトコンダクシ
ョンの問題が生じる。これに対し３００Å〜１０００Å
の範囲内であると、膜厚の均一性およびフォトコンダク
ションの双方を両立できるからである。

【０２１３】更に、図２０（ａ）のチャネル領域４０３
ａの矢印Ｘ方向の幅は、例えば約１２μｍとし、ｐ−Ｓ
ｉ膜４０３の矢印Ｙ方向における幅は、例えば約１４μ
ｍとする。

【０２１４】ここで、上記チャネル領域４０３ａには、
図２０（ａ）及び図２１に示すように、複数の溝状の結
晶成長方向制御空隙４１１…がソース領域４０３ｂとド
レイン領域４０３ｃとを結ぶ方向に平行して形成されて
いる。この結晶成長方向制御空隙４１１は、長手方向の
両端部が半円形状で中央部が直方体形状であり、中央部
における溝幅（長手方向に直交する方向の溝幅）は約１
μｍである。但し、結晶成長方向制御空隙４１１の形状
は、特に限定されるものではない。例えば長方形等の形
状でソース領域４０３ｂからドレイン領域４０３ｃの方
向に形成されていてもよい。

【０２１５】上記チャネル領域４０３ａにおける結晶粒
は、ソース領域４０３ｂ又はドレイン領域４０３ｃの方
向に細長く広がった形状となっており、このような結晶
粒が多数集合してチャネル領域４０３ａにかかる多結晶
半導体層が構成されている。このような多結晶構造のチ
ャネル領域４０３ａでは、ソース領域４０３ｂとドレイ
ン領域４０３ｃとを結ぶ方向における結晶粒界密度が小
さいので、電荷キャリアが高速で移動できる。

【０２１６】第１の絶縁膜４０４は、例えばＳｉＯ₂か
らなる絶縁膜であり、ｐ−Ｓｉ膜４０３及びアンダーコ
ート層４０２の上方に形成されている。ゲート電極４０
５は、例えばアルミニウム（Ａｌ）等からなり、第１の
絶縁膜４０４の上方で、かつｐ−Ｓｉ膜４０３のチャネ
ル領域４０３ａに対応する位置に設けられている。また
第２の絶縁膜４０６は、例えばＳｉＯ₂からなり、上記
第１の絶縁膜４０４及びゲート電極４０５の上方に積層
されている。

【０２１７】上記第１の絶縁膜４０４及び第２の絶縁膜
４０６には、それぞれｐ−Ｓｉ膜４０３のソース領域４
０３ｂ又はドレイン領域４０３ｃに達するコンタクトホ
ール４０８，４０８が形成されている。ソース電極４０
７ｓ及びドレイン電極４０７ｄは、例えばＡｌからなり
上記コンタクトホール４０８，４０８を介して、上記ソ
ース領域４０３ｂ又はドレイン領域４０３ｃと接触する
ように形成されている。ゲート電極４０５、ソース電極
４０７ｓ及びドレイン電極４０７ｄは、図示の断面以外
の部分で所定の形状にパターニングされることにより、
配線パターンが構成されている。

【０２１８】次に、本実施の形態に係るＴＦＴ４１０の
製造方法を説明する。

【０２１９】図２２は、ＴＦＴ４１０の製造工程を示す
断面模式図である。先ず、図２２（ａ）に示すように、
絶縁性基板４０１上に、アンダーコート層４０２を常圧
ＣＶＤ法にて成膜する。アンダーコート層４０２の膜厚
は、例えば３０００Åとする。

【０２２０】上記アンダーコート層４０２上に、例えば
プラズマＣＶＤ法にて、Ｓｉ層を形成し、このＳｉ層上
に、フォトレジスト（図示しない）を所定の形状に選択
的に形成する。次に、上記フォトレジストをマスクとし
て露光した後、エッチングにて所定の形状にパターニン
グし、しかる後、上記フォトレジストを除去する。

【０２２１】これにより、前記結晶成長方向制御空隙４
１１…を有する非単結晶質半導体層としてのａ−Ｓｉ膜
４１３が形成できる。ここで、ａ−Ｓｉ膜４１３の膜厚
は、例えば６５０Åとする。なお、結晶成長方向制御空
隙４１１を微細に形成する場合には、高精度フォトレジ
ストと可干渉光の干渉縞による露光を用いるなどしても
よい。

【０２２２】ａ−Ｓｉ膜４１３の形成に続いて、図２２
（ｂ）に示すように、上記ａ−Ｓｉ膜４１３の全面にエ
キシマレーザーを１ショット照射して、該ａ−Ｓｉ膜４
１３を加熱溶融した後、放冷する。これにより、結晶質
半導体層としてのｐ−Ｓｉ膜４０３が形成される。

【０２２３】ここで、エキシマレーザーを用いる結晶化
法によると、ａ−Ｓｉ膜４１３は紫外光領域における吸
収係数が大きいので、ａ−Ｓｉ膜４１３の本体部の温度
を十分に上昇させることができる一方、ａ−Ｓｉが除去
された結晶成長方向制御空隙４１１…の部分はレーザ光
が吸収されないので温度を低く保つことができる。した
がって、放冷過程において、真先に結晶成長方向制御空
隙４１１の近傍（およびａ−Ｓｉ膜４１３の周縁部）の
温度が結晶化開始温度に到達し、ここで最初の結晶核が
生成する。そして、その後はこの結晶核を中心にして結
晶成長が行われることになるが、既に説明したように、
結晶成長方向は、平行して設けられた結晶成長方向制御
空隙４１１…に規制されて、ソース領域４０３ｂとドレ
イン領域４０３ｃとを結ぶ方向に誘導される。この結
果、ソース領域４０３ｂとドレイン領域４０３ｃとを結
ぶ方向における結晶粒界密度の小さいｐ−Ｓｉ膜が形成
される。

【０２２４】前記エネルギービームの照射条件として
は、例えばＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）等のエキシマレ
ーザーの場合、ビームの断面形状が、例えば一辺が数ミ
リの方形である５０ｎｓのレーザー光パルスを使用す
る。レーザー光のエネルギー密度（単位面積当たりの照
射エネルギー：ｍＪ／ｃｍ²）としては、ａ−Ｓｉ膜４
１３を結晶化させるのに適した温度に加熱できるよう
に、適宜設定すればよい。

【０２２５】なお、上記エキシマレーザーとしては、Ｘ
ｅＣｌの他に、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＦ等のエキシマレ
ーザーであってもよい。複数の結晶成長方向制御空隙４
１１の相互の間隔については、ａ−Ｓｉ膜の膜厚や照射
条件、更には所望する電荷キャリアの移動速度を勘案し
て適宜に設定することができ、この実施の形態において
は、約２μｍとしてある。また、結晶成長方向制御空隙
４１１の幅についても、ａ−Ｓｉ膜の膜厚や、照射する
エネルギービームの種類や強度などに応じて適当に設定
することができ、この実施の形態においては、約１μｍ
としている。

【０２２６】上記した結晶化の後、図２２（ｃ）に示す
ように、上記ｐ−Ｓｉ膜４０３上に、第１の絶縁膜４０
４を常圧ＣＶＤ法にて、膜厚が１０００Åとなるように
成膜する。更に、第１の絶縁膜４０４上に、例えばＡｌ
膜を膜厚２０００Åになるようにスパッタリングし、Ａ
ｌエッチャント液を用いて約１分間ウェットエッチング
することにより、所定の形状にパターニングして、ゲー
ト電極４０５及び配線パターンを形成する。

【０２２７】次に、図２２（ｄ）に示すように、上記ゲ
ート電極４０５をマスクとして、ｐ−Ｓｉ膜４０３に、
イオン注入法又は質量分離を行わないイオンドーピング
法にて、ドナー若しくはアクセプタとなる不純物イオ
ン、具体的にはリン又はボロン等の不純物イオンを注入
する。これにより、上記ｐ−Ｓｉ膜４０３に、チャネル
領域４０３ａと、ソース領域４０３ｂ及びドレイン領域
４０３ｃとが形成される。

【０２２８】更に図２２（ｅ）に示すように、上記ゲー
ト電極４０５上に、例えばＳｉＯ₂からなる第２の絶縁
膜４０６を、常圧ＣＶＤ法にて膜厚５０００Åとなるよ
うに成膜する。続いて、この第１の絶縁膜４０４及び第
２の絶縁膜４０６に、それぞれｐ−Ｓｉ膜４０３のソー
ス領域４０３ｂ又はドレイン領域４０３ｃに達するコン
タクトホール４０８，４０８を開口する。続いて、Ａｌ
膜をそれぞれ膜厚３０００Å及び３０００Åになるよう
にスパッタリングした後、例えばＢＣｌ３／Ｃｌ２系ガ
スを用いたドライエッチングにより、所定の形状にパタ
ーニングする。これにより、ソース電極４０７ｓ及びド
レイン電極４０７ｄと、これらの配線パターンとが形成
される。

【０２２９】以上で説明した本実施の形態３−１による
と、ソース領域４０３ｂとドレイン領域４０３ｃとを結
ぶ方向に長い形状の大粒の結晶粒が形成でき、これによ
り電界効果移動度に優れたスタガ型のＴＦＴが得られ
る。そしてこの実施の形態では、絶縁性基板４０１やｐ
−Ｓｉ膜４０３に高価な材料を用いていないので、電界
効果移動度に優れたＴＦＴを安価に提供できる。

【０２３０】（実施の形態３−２）本発明にかかる実施
の形態３−２について、図２３〜図２５に基づいて説明
する。なお、実施の形態３−２にかかる薄膜トランジス
タの構成要素のうち、機能が前記実施の形態３−１と同
様な構成部材については、同一の名称と符号を付して詳
細な説明を省略する。

【０２３１】図２３は、本実施の形態３−２に係る逆ス
タガ型のＴＦＴ４２０の概略を示す模式図であって、図
２３（ａ）は上記ＴＦＴ４２０の平面図であり、図２３
（ｂ）は図２３（ａ）におけるＡ−Ａ’矢視断面図であ
る。図２４は、図２３（ａ）におけるＢ−Ｂ’矢視断面
図を示している。図２３に示すように、上記ＴＦＴ４２
０は、絶縁性基板４０１上に、アンダーコート層４０２
と、ｐ−Ｓｉ膜４０３と、第１の絶縁膜４０４と、ゲー
ト電極４０５、ソース電極４０７ｓ及びドレイン電極４
０７ｄの３つの電極とが設けられて構成されている。

【０２３２】上記ゲート電極４０５は、絶縁性基板４０
１上のアンダーコート層４０２上に形成されている。上
記第１の絶縁膜４０４は、上記アンダーコート層４０２
及びゲート電極４０５上に形成されている。更に、該第
１の絶縁膜４０４上には、ｐ−Ｓｉ膜４０３が形成され
ている。

【０２３３】ここで、上記ｐ−Ｓｉ膜４０３におけるチ
ャネル領域４０３ａには、前記実施の形態３−１と同様
に、複数の溝状の結晶成長方向制御空隙４１１…がソー
ス領域４０３ｂからドレイン領域４０３ｃの方向に形成
されている（図２３（ａ）及び図２４参照。）。ソース
電極４０７ｓ及びドレイン電極４０７ｄは、ｐ−Ｓｉ膜
４０３上のソース領域４０３ｂ又はドレイン領域４０３
ｃと接触するように形成されている。尚、上記ゲート電
極４０５、ソース電極４０７ｓ及びドレイン電極４０７
ｄは、図示の断面以外の部分で所定の形状にパターニン
グされることにより、配線パターンを構成している。

【０２３４】この実施の形態に係るＴＦＴ４２０の製造
方法を図２５を参照しながら説明する。図２５は、上記
ＴＦＴ４２０の製造工程を示す断面模式図である。先
ず、前記実施の形態３−１と同様にして、絶縁性基板４
０１上にアンダーコート層４０２を形成する。さらに、
該アンダーコート層４０２上に所定の形状となるように
パターニングして、ゲート電極４０５及び配線パターン
を形成する（図２５（ａ）参照）。

【０２３５】次に、図２５（ｂ）に示すように、上記ゲ
ート電極４０５及びアンダーコート層４０２上に、第１
の絶縁膜４０４を形成する。更に、前記実施の形態３−
１と同様にして、該第１の絶縁膜４０４上に、例えばプ
ラズマＣＶＤ法にてＳｉ層を形成する。このＳｉ層上
に、フォトレジストを所定の形状に選択的に形成した
後、このフォトレジストをマスクとして露光した後、エ
ッチングにて所定の形状にパターニングする。その後、
上記フォトレジストを除去する。これにより、結晶成長
方向制御空隙４１１…を備えたａ−Ｓｉ膜４１３を形成
し、図２５（ｃ）に示すように、上記ａ−Ｓｉ膜４１３
の全面にエキシマレーザーを照射し、該ａ−Ｓｉ膜４１
３を結晶化させてｐ−Ｓｉ膜４０３を形成する。

【０２３６】ここで、ｐ−Ｓｉ膜４０３におけるチャネ
ル領域４０３ａには結晶成長方向制御空隙４１１…が設
けられているので、前記実施の形態３−１と同様に、形
成される結晶粒はソース領域４０３ｂ又はドレイン領域
４０３ｃの方向に細長く広がった形状となる。従って、
ソース領域４０３ｂとドレイン領域４０３ｃとを結ぶ直
線方向における結晶粒界を実質的に低減させるので、電
界効果移動度の向上を図ることができる。

【０２３７】その後、図２５（ｄ）に示すように、上記
ｐ−Ｓｉ膜４０３上にレジスト剤を塗布し、露光及び現
像により所定の形状にパターニングし、イオン遮蔽膜と
してのレジストマスク４１４を形成する。上記レジスト
マスク４１４としては、不純物イオンを遮蔽するもので
あれば特に限定されるものではなく、公知の種々のもの
を採用することができる。具体的には、例えばポジレジ
スト（商品名：ＯＦＰＲ−５０００、東京応化株式会社
製）等が挙げられる。また、レジスト剤のように感光性
を有するものに限らず、フォトリソグラフィーによって
パターニングし得るもの等でもよい。

【０２３８】上記レジストマスク４１４をマスクとし
て、ｐ−Ｓｉ膜４０３に、例えばイオンドーピング法に
て、リン又はボロン等の不純物イオンを注入する。これ
により、上記ｐ−Ｓｉ膜４０３に、チャネル領域４０３
ａと、該チャネル領域４０３ａの両側にソース領域４０
３ｂ及びドレイン領域４０３ｃとが形成される。その
後、上記レジストマスク４１４を剥離し、更に、図２５
（ｅ）に示すように、ソース電極４０７ｓ及びドレイン
電極４０７ｄを選択的に形成して、本実施の形態３−２
に係る逆スタガ型のＴＦＴ４２０を得る。

【０２３９】このようにして作製した逆スタガ型のＴＦ
Ｔにおいても、上記実施の形態３−１と同様に電界効果
移動度の向上などの効果が得られる。

【０２４０】（実施の形態３−３）この実施の形態３−
３は、実施の形態３−１、３−２における結晶成長方向
制御空隙に代えて、他の領域よりも高い温度において結
晶化が開始される早期結晶化領域を設けたことを特徴と
する。以下、図２６に基づいて実施の形態３−３にかか
る結晶質薄膜半導体トランジスタについて説明する。な
お、結晶成長方向制御空隙に代えて早期結晶化領域を設
けたこと以外は、前記実施の形態３−１と同様であるの
で、以下の説明においては、早期結晶化領域に関する事
項以外の説明を省略する。また、前記実施の形態３−１
又は実施の形態３−２の薄膜トランジスタと同様の機能
を有する構成要素について，同一の符号を付した。

【０２４１】図２６に示すように、ｐ−Ｓｉ膜４０３に
は、チャネル領域に、ソース領域からドレイン領域の方
向にリン又はボロン等以外の不純物イオンが注入された
帯状の早期結晶化領域４２１が形成されており、このよ
うな構造を有するＴＦＴ４３０は次のようにして製造で
きる。

【０２４２】先ず、前記実施の形態３−１と同様にし
て、上記絶縁性基板４０１上にアンダーコート層４０２
を、常圧ＣＶＤ法にて成膜する。次に、上記アンダーコ
ート層４０２上に、例えばプラズマＣＶＤ法にて、Ｓｉ
層を形成し、このＳｉ層上に、フォトレジストを所定の
形状に選択的に形成する。該フォトレジストをマスクと
して露光した後、エッチングにて所定の形状にパターニ
ングして、ａ−Ｓｉ膜４１３を形成する。

【０２４３】次いで、ａ−Ｓｉ膜４１３のチャネル領域
４０３ａにおいて、ソース領域４０３ｂからドレイン領
域４０３ｃの方向に帯状にリン又はボロン等以外の物質
でかつ結晶化開始温度を高めることのできる不純物イオ
ンを注入して、早期結晶化領域４２１を形成する。そし
て、早期結晶化領域４２１が形成されたａ−Ｓｉ膜４１
３の全面にエネルギービームとしてのエキシマレーザビ
ームを５０ｎｓ程度照射し、しかる後放冷してａ−Ｓｉ
膜４１３の結晶化を行う。

【０２４４】ここで、ａ−Ｓｉ膜４１３の全面にエネル
ギービームを照射したとき、ａ−Ｓｉ膜４１３面の温度
が高まり、その後の放冷によりａ−Ｓｉ膜４１３の温度
が次第に低下するが、温度降下の過程において、他の領
域に先んじて早期結晶化領域４２１に最初の結晶核が発
生する。なぜなら、早期結晶化領域４２１は不純物イオ
ンを注入することにより、他の領域よりも高い温度で結
晶化が開始されるようになっているからである。

【０２４５】その後、早期結晶化領域４２１で発生した
結晶核を中心にして結晶成長が行われる。よって、大き
な結晶粒が集合したpoly- Ｓｉ膜が形成できる。

【０２４６】なお、結晶化の後の工程は、前記実施の形
態３−１と同様である。

【０２４７】上記結晶化開始温度を高めることのできる
不純物イオンをａ−Ｓｉ膜に注入する方法は、特に限定
されるものではなく、従来公知の種々の方法を採用する
ことができる。また、この実施の形態ではスタガ型の例
を示したが、逆スタガ型であっても同様な効果が得られ
る。また、早期結晶化領域としては、上記のように不純
物イオンを注入したものに限らず、あらかじめ部分的に
結晶化させた領域（プレ結晶）を形成し、結晶化度に応
じた融点（結晶化温度）の相違を利用するなどしてもよ
い。また、このようなプレ結晶を微細に形成するために
は、例えば可干渉光の干渉縞の照射などを用いてもよ
い。

【０２４８】（実施の形態３−１〜３−３についてのそ
の他の事項）前記実施の形態３−１及び実施の形態３−
２においては、ａ−Ｓｉ膜４１３にソース領域とドレイ
ン領域とを結ぶ方向に長い溝状の結晶成長方向制御空隙
４１１…を設けたが、本発明はこの態様に限定されるも
のではない。例えば、図２７に示すように、ソース領域
とドレイン領域とを結ぶ方向に不連続な結晶成長方向制
御空隙４３１…を設けてもよい。この態様においては、
ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向における結晶成
長方向制御空隙４３１の間隔、またはこの間隔と共に、
該方向に直行する方向における隣合う結晶成長方向制御
空隙４３１の間隔を適正に調整することにより、結晶粒
の該方向における粒径を制御することができる。

【０２４９】また、本発明では、図２８に示すように、
ａ−Ｓｉ膜のチャネル領域に、ａ−Ｓｉ膜を貫通しない
深さの空隙を設けてもよい。更に、このような形状の空
隙を不連続的に島状に形成したものであってもよい。

【０２５０】なお、上記貫通しない空隙である場合に
は、ｐ−Ｓｉ膜の形成工程が終了後に空隙を形成する凸
部分をエッチング等により除去し、ｐ−Ｓｉ膜の表面を
平坦にするのもよい。

【０２５１】更に、ａ−Ｓｉ膜４１３のチャネル領域
に、本体部と比熱の異なる、例えば棒状の部材を載置し
てもよい。また、チャネル領域に比熱の異なる結晶成長
方向制御領域を形成するのもよい。例えばａ−Ｓｉ膜よ
りも比熱の大きい部材を載置して、エネルギービームを
短時間照射した場合、上記部材が接触しているａ−Ｓｉ
膜部分の温度上昇が小さいので、他の領域に比べて早期
に結晶核が発生する。他方、例えばａ−Ｓｉ膜よりも比
熱の小さい部材を、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ
方向に複数列載置し、エネルギービームを短時間照射す
ると、ａ−Ｓｉ膜よりもこの部材の温度の方が高くなる
ので、複数列載置した部材の中間部分の温度が相対的に
低くなる。したがって、この部分に最初の結晶核が発生
することになり、無秩序な結晶核の発生を防止する効果
が得られる。

【０２５２】上記実施の形態では、ｐ−Ｓｉ膜４０３の
材料として、Ｓｉ若しくはＳｉとＧｅとを用いた態様を
示したが、また、本発明においては、これらの他に炭化
シリコン（ＳｉＣ）のようなＩＶ族同士の組み合わせに
よる化合物や、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）のようなＩＩ
Ｉ族とＶ族との組み合わせによる化合物、セレン化カド
ミウム（ＣｄＳｅ）のようなＩＩ族とＶ族との組み合わ
せによる化合物なども使用可能である。

【０２５３】更に、本発明においては、ゲート電極４０
５、ソース電極４０７ｓ及びドレイン電極４０７ｄの材
料としてＡｌを使用した態様を示したが、その他に、ク
ロム（Ｃｒ）や、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔ
ａ）、チタン（Ｔｉ）等の金属又はこれらの合金等を使
用してもよい。

【０２５４】更に、本発明においては、ａ−Ｓｉ膜４１
３を結晶化する際に、エネルギービームとしてエキシマ
レーザーを使用した態様を示したが、その他に、Ａｒレ
ーザーや、ＹＡＧレーザー等のレーザー光、イオンビー
ム、電子ビーム等を使用してもよい。これらのエネルギ
ービームを使用しても、高密度のエネルギーを、短時間
で局所的に照射することが容易に行えるので、基板温度
を比較的低温に保った状態で結晶化できる。

【０２５５】（実施の形態４−１）この形態４−１で
は、ビーム幅内における光エネルギー強度（単位面積当
たりの光エネルギー、以下、単に光強度とする）が一方
から他方へ単調に増加しまたは一方から他方へ単調に減
少する分布パターンの光ビームを用いて結晶化を行う。

【０２５６】一方から他方へ単調に増加しまたは一方か
ら他方へ単調に減少する分布パターンの光ビームの典型
は、図２９ａに示すような直線的な光強度勾配を有する
ものであるが、一定方向に指数関数的に光強度が増加ま
たは減少するものなどであってもよい。

【０２５７】上記光ビームの発生光源（整形前のもの）
としては、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ、アルゴンレーザ、
炭酸ガスレーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザなどの
各種のレーザが使用可能である。但し、高出力が得ら
れ、シリコンによく吸収されることなどから、エキシマ
レーザを使用するのが好ましい。以下、エキシマレーザ
を用いた本発明にかかるレーザアニール法について説明
する。

【０２５８】図４２は、レーザアニール法を用いた結晶
化操作を模式的に示した見取り図であり、図４２中、１
４００は光ビーム照射装置、１４１０は光ビームが照射
される被照射体を示し、更に１４０１は例えばＸｅＣｌ
エキシマレーザを用いたレーザ光発生器であり、１４０
２はミラー、１４０３はビームホモジナイザーである。
この光ビーム照射装置１４００では、レーザ光発生器１
４０１で発生させた光をミラー１４０２を介してビーム
ホモジナイザー１４０３に導き、ここで所定の光強度パ
ターンに整形した後、出力するようになっている。ビー
ムホモジナイザー１４０３には、光ビームを整形するた
めの光学系が組み込まれており、この実施の形態におい
ては、光路の最下流側に図３１に示すような光透過度勾
配を有する透過フィルターが配置（不図示）されてい
る。よって、レーザ光発生器１４０１で発生した光がこ
の透過フィルターを透過することにより、図２９ａのよ
うなパターンの光ビームに整形されることになる。

【０２５９】上記光ビーム照射装置１４００では、例え
ば平均的なエネルギー密度（単位面積当たりの照射エネ
ルギー）が３００ｍＪ／ｃｍ²、エネルギー密度の低い
領域Ｌが２５０ｍＪ／ｃｍ²、エネルギー密度の高い領
域Ｈが３５０ｍＪ／ｃｍ²、ビーム断面形状が７ｍｍ×
７ｍｍに整形された光ビームが出力でき、この光ビーム
をアモルファスシリコン薄膜などの被結晶化面に照射し
て被結晶化物質を結晶化する。より具体的に結晶化工程
を説明する。先ず図４２の被照射体１４１０に示すよう
に、ガラス基板１４１１の上に、例えば減圧ＣＶＤ法に
よって膜厚が８５ｎｍの非単結晶質シリコン膜１４１２
を成膜する。より具体的には、例えば反応ガスとしての
モノシランガス（ＳｉＨ₄）またはジシランガス（Ｓｉ₂
Ｈ₆）を用い、圧力を数Ｔｏｒｒにして、ガラス基板１
４１１を３５０℃〜５３０℃に加熱した状態で、非単結
晶質シリコン膜１４１２を成膜する。

【０２６０】ここで、ガラス基板１４１１の上に例えば
ＳｉＯ₂からなる下地層１４１３を形成し、この下地層
の上に非単結晶質シリコン膜１４１２を成膜してもよ
い。また、非単結晶質シリコン膜１４１２の成膜方法と
しては、減圧ＣＶＤ法に限定されるものではなく、例え
ばプラズマＣＶＤ法を用いてもよい。また、上記非単結
晶質シリコン膜１４１２の膜厚は、８５ｎｍに限らず、
適当に設定すればよい。

【０２６１】このようにして形成した非単結晶質シリコ
ン膜１４１２の特定の領域１４０４に対し、光ビーム照
射装置１４００から整形されたエキシマレーザ光を例え
ば１０ショット照射して当該部分を溶融し、しかる後、
放熱して結晶化する。この実施の形態では、光ビームの
照射に際して、被照射体１４１０を石英板からなる窓を
有する気密容器に入れ、内部を真空（約１０^-6ｔｏｒ
ｒ）とし、室温（約２３℃）条件下で、上記窓を介して
特定の領域１４０４に光ビームを照射する方法（図４３
参照）により行ったが、図４２では気密容器を省略して
描いてある。

【０２６２】なお、上記した各条件はあくまでも例示で
あり、ビーム幅内における光強度が一方から他方へ単調
に増加しまたは一方から他方へ単調に減少する分布パタ
ーンの光ビームを用いる点を除き、その他の条件は特に
限定されるものではない。例えば、光エネルギー密度と
しては、非単結晶質シリコン膜１４１２を結晶化させる
ために十分な強度でかつ光強度勾配をもたせたものであ
ればよい。

【０２６３】また、光強度勾配の程度についても特に制
限されることはなく、非単結晶質薄膜の材質や厚み等を
考慮して結晶化を好適に誘導・制御できる勾配を設定す
ればよい。更に、照射する光ビームのビーム幅、および
照射回数（ショット回数）も、上記に限られず、例えば
より強い強度のレーザ光を１ショットだけ照射するよう
にしてもよい。

【０２６４】また、光ビームの断面形状についても、特
に限定されるものではなく、例えば三角形、円形等であ
ってもよい。

【０２６５】次に、図２９ａ〜ｇを参照しながら、光強
度勾配を有する光ビームを用いた場合における結晶の成
長挙動について説明する。

【０２６６】非単結晶質シリコン薄膜に図２９ａに示す
光強度パターンの光ビームを照射すると、照射面の温度
は、図２９ｂの７０１（温度分布曲線）に示すように、
中央部において右上がりの温度勾配を有し、周辺部に急
激な温度勾配をもったパターンとなる。周辺部に急激な
温度勾配が形成されるのは、周囲への放熱が大きいから
である。次いで光照射を止めると、先ず最初に温度分布
曲線７０１と結晶化温度ライン７０２の交点付近（境界
付近）が溶融温度以下になる。よって、この付近に微小
な結晶７０４が生成される（７０３は薄膜断面を示して
いる）。そして、この結晶７０４を核として、未だ結晶
化温度以上である図面右方向に向かって結晶成長が進行
する。ここにおいて、前記図７における場合と異なり、
図２９ｂでは中央部に温度勾配が形成されているので、
高温領域側（Ｈ側）から低温領域側（Ｌ側）に向かって
熱が流れ込み、この熱が急激な温度低下を緩和すると共
に、結晶成長を高温側（図面右側）に誘導するように作
用する。よって、結晶核の発生とその成長が円滑に進行
し、その結果として結晶粒の粒径や結晶化度の均一性が
高まると共に、Ｌ側からＨ側方向（結晶成長方向）に長
い結晶粒が生成する。つまり、光強度勾配を持った光ビ
ームを用いると、結晶成長方向に向かって高い移動度を
もった結晶質薄膜が作製できることになる。

【０２６７】ところで、光ビームの照射方法としては、
照射側、基板側ともに固定した状態（不動状態）で行っ
てもよいが、光ビームまたは基板側の何れかを移動させ
てもよく、更にこの移動を往復運動としてもよい。移動
または往復運動しながら照射する方法においては、好ま
しくは図３０に示すように、光強度の勾配方向（Ｌ→Ｈ
方向またはＨ→Ｌ方向）に移動させるのがよい。この方
向であると、きめ細かに結晶成長方向を誘導でき、結晶
粒の粒径や結晶化度の均一性を高めることができ、更に
光強度勾配の程度や光照射強度の程度に適合させて移動
速度を調節すると一層きめ細かに結晶成長方向を誘導で
きる。

【０２６８】なお、図３０の矢印は移動方向、７１１、
７１２は移動前後の照射面、７１３（斜線部）は重複照
射領域を示している。また図３０では、光ビームを移動
する様を示しているが、基板側を動かしてもよく、更に
光ビームを複数回ショットする場合には、例えば照射面
積の数％から数十％ずつ照射位置をずらしながら照射す
ることもできる。

【０２６９】上記のようにして作製したpoly- Ｓｉ薄膜
は、一般にはその中央部をチャネル領域とし、この両端
部分にリンやボロンなどの不純物をイオン注入してソー
ス領域およびドレイン領域を形成するなどしてＴＦＴと
なす。そして、この実施の形態で説明したエネルギー強
度パターンの光ビーム（図２９ａ）は、ＡＭ−ＬＣＤ
（Active Matrix Liquid Crystal Display) の周辺回路
などを形成するための、比較的幅の狭い領域の結晶化に
有効である。

【０２７０】（実施の形態４−２）この実施の形態（後
述する形態４−３についても同様）は、比較的幅の広い
領域を結晶化するのに有効な例である。

【０２７１】本実施の形態において使用する光ビームの
光強度分布パターンを図３２ａに示す。本図に示すよう
に、形態４−２にかかる光ビームは、光強度の大きいＨ
領域７２１と小さいＬ領域７２２とが平面上に交互に並
んだパターンをしている。ここで、Ｈ領域とＬ領域の光
強度比率については、特に限定されるものではないの
で、適当に設定すればよい。但し、一般には照射回数内
で照射面の全面（Ｌ領域とＨ領域）が溶融するように光
エネルギー総量を規定する。なお、ここでは、Ｈ領域を
３００ｍＪ／ｃｍ²、Ｌ領域を２００ｍＪ／ｃｍ²とし、
アモルファスシリコン薄膜の厚みを５０ｎｍとし、他の
条件については実施の形態４−１と同様にした。

【０２７２】以下で、この実施の形態における結晶化の
挙動を、図３２ａ〜ｇを参照しながら説明する。先ず、
図３２ａに示す光分布特性を有する光ビームを照射する
と、薄膜表面の温度は、図３２ｂに示すような分布パタ
ーンとなる。そして、光照射が終了し、照射面の温度が
下がっていく過程においては、Ｌ領域７２２の温度が結
晶化温度ライン７２３にさしかかった時点で、図３２ｃ
に示すように、Ｌ領域７２２に対応する位置に結晶核７
２４が発生する（７２５は薄膜断面を示している）。さ
らに温度が下がると（図３２ｄ）、高温領域Ｈから低温
領域Ｌに向かって伝達される熱によって結晶成長が高温
領域Ｈ側に誘導されると共に、この過程で新たな結晶核
も発生し同様に成長する（図３２ｅ）。

【０２７３】このような結晶の発生と成長が、高温領域
Ｈの温度が溶融温度以下になるまで続く（図３２ｆ、
ｇ）が、この実施の形態では結晶成長の方向がＬ→Ｈ方
向に誘導される。よって、高温領域Ｈを挟む双方の低温
領域Ｌからそれぞれ結晶粒が成長し、その結果、結晶粒
同志が高温領域Ｈの中央部付近７２６（図３２ｇ）で衝
突し合う。これにより、高温領域Ｈの中央部付近に結晶
粒界線が形成されると共に、この衝突により更なる結晶
成長がＬ→Ｈ方向と平行する方向に誘導される。よっ
て、衝突の後に若干Ｌ←→Ｈ方向と直交する方向に結晶
成長するため、Ｌ←→Ｈと直交する方向に長い径を有す
る結晶粒が形成される。

【０２７４】以上のようなメカニズムから、この実施の
形態によると、例えば数ｃｍ角と比較的広い照射領域内
の結晶化を円滑に進行させることができる。また、既に
説明したごとく、キャリアの移動方向（ソース−ドレイ
ン方向）と直交する方向が、Ｌ←→Ｈ方向になるように
光ビームを設定して光照射すると、キャリアが結晶粒界
線を横断することなく移動できるので、高速なＴＦＴが
実現できる。

【０２７５】この実施の形態においても、実施の形態４
−１と同様にして、図３３に示すように照射時間内（ｔ
＝ｔ1 からｔ＝ｔ2 ）において、光ビームまたは基板の
何れかを移動（往復運動等も含む）移動させながら照射
してもよい。このようにすることにより、結晶化度の均
一性をさらに高めることが可能になる。なお、図３３中
の７３１、７３２は移動前後の照射面位置、７３３（斜
線部）は重複照射領域を示し、矢印は移動方向を示して
いる。但し、このような移動に限定されるものではない
ことは勿論である。

【０２７６】ところで、上記図３２ａに示したような光
強度の強い部分Ｈと弱い部分Ｌとが縞状に配列されてな
る光ビームは、特別な技術を要することなく周知の技術
でもって容易に実現でき、その実現手段は何ら限定され
ない。例えば使用する光をある程度吸収するフィルター
を所定間隔を開けて配置し、図３４に示すような透過分
布を持つ櫛形の透過フィルタを作製する。そして、この
フィルターを光ビーム照射装置の光路中（例えばビーム
ホモジナイザー内）に設置することにより実現できる。
また、例えば金属繊維が縦若しくは横一列に多数平行に
並んだフィルタを光路に配置する手段によっても実現で
きる。更には光路にスリットを配置し回折干渉を生じさ
せる手法で縞状の光強度パターンを作製する手段によっ
ても実現できる。

【０２７７】（実施の形態４−３）本実施の形態４−３
は、光干渉を利用して光強度分布に不均一性を与える方
法である。この方法は、比較的自在に光強度分布パター
ンを制御できるので、実施の形態４−２と同様、比較的
広い領域の結晶化に適する。

【０２７８】本実施の形態において使用する光ビームの
光強度分布のパターンを図３５に示す。このような光強
度分布パターンは、図３６に示すがごとく、それぞれコ
ヒーレントな２つの光ビーム８０１，８０２を同時に照
射して光干渉を起こさせる手段により容易に形成でき
る。具体的には、例えば同一光線から発生したレーザー
光を半透過型鏡により２の光路に分け、反射鏡を使用し
て互いの光路に相対角度を生じさせることにより、干渉
を生じさせることができる。

【０２７９】ところで、それぞれコヒーレントな２つの
光を干渉させると、光強度の強い部分（明線部Ｈ）と光
強度の弱い部分（暗線部Ｌ）とが形成されるが、干渉パ
ターンの周期は２つの光ビームの交差する角度によって
自在に変化させることができ、またその変調度（明線部
と暗線部の光のエネルギー強度の比に影響する）は２つ
の光ビームのエネルギー強度を変えることにより容易に
変化させることができるので、明線部Ｈと暗線部Ｌとの
間隔や強度比は比較的自在に設定できる。よって、被照
射面である非結晶質薄膜の厚さ等を勘案して上記間隔や
強度比を適正に設定する。

【０２８０】以下、このような干渉パターンを生じさせ
てなる光ビームを照射した場合における結晶成長挙動を
図３７ａ〜ｇに基づいて説明する。なお、この実施の形
態における操作条件は、前記実施の形態４−１等と同様
である。

【０２８１】図３７ａで特徴付けられる光ビームを非単
結晶シリコン薄膜に照射すると、薄膜上では明線部Ｈに
おいては高く、暗線部Ｌにおいては低い温度分布パター
ン（曲線９０１）が形成される（図３７ｂ）。光照射が
終了し、温度が下がっていく過程では、図３７ｃに示す
ように、曲線９０１が結晶化温度線９０２と最初に交わ
る部分（低温領域Ｌの最も温度の低い部分）に結晶核９
０３が発生する。そして、更に温度が低下すると（図３
７ｄ）、高温領域Ｈから低温領域Ｌに向かって伝達され
る熱によって結晶成長がＬ→Ｈ方向に誘導されると共
に、新たに核が発生し同様に誘導され成長する（図３７
ｅ）。このような結晶の発生と成長は、明線部Ｈに対応
する高温領域Ｈの温度が溶融温度以下に下がるまで続く
（図３７ｆ、ｇ）。

【０２８２】以上の結晶化のメカニズムから、この実施
の形態４−３によると、比較的広い範囲において、結晶
化度が均一で電界効果移動度の大きい結晶質半導体薄膜
を作製できる。また、この実施の形態においても、前記
実施の形態４−２と同様、結晶粒界の境界線（結晶粒の
衝突線）が高温領域の中央部に形成されるので、前記実
施の形態４−２で述べたように、Ｈ→Ｌ→Ｈ→Ｌの配列
方向に直交する方向をキャリア移動方向として利用する
と、高い電界効果移動度が得られる。

【０２８３】（実施の形態４−４）実施の形態４−４
は、基本的には実施の形態４−３の場合と同様である。
但し、この実施の形態では、干渉パターンの周期と変調
度の調節を動的に行うことにより、明線部Ｈと暗線部Ｌ
とが波動的に変化するようになっている。以下、実施の
形態４−４の内容を説明する。

【０２８４】図３８に示すように、それぞれコヒーレン
トな２つの光ビームのうち、少なくとも一方の光に動的
な位相変調を与えて、干渉縞の明線部、暗線部の位置が
波動的に変化する光ビームを形成する。位相変調として
は、例えば一方の光ビームの位相を他方の光ビームに対
して相対的に０、π／２、πと順次変化させる。このよ
うにすると干渉縞の明線部と暗線部の位置が時系列的に
ずれ、明線部と暗線部とからなる縞状のパターンが波動
的に変化する光ビームが形成できる（図３８）。

【０２８５】位相を変調する手段としては、例えばミラ
ーを用いて２つの光ビームのうちの一方の光路長を動的
に変動させ位相を変化させる方法や、光路内に配置した
透明体の屈折率を動的に変化させる方法などが例示で
き、このような光学系を例えば前記ビームホモジナイザ
ー（図４２の１４０３）内に組み込む。

【０２８６】この実施の形態によると、照射面である薄
膜表面には高温領域Ｈと低温領域Ｌとが波動的に入れ代
わる温度分布パターンが形成されるので、結晶成長を一
定方向に誘導する効果が大きい。また、この方法は、不
純物を有効領域外に追いやるという効果もあるので、薄
膜の高純度化を図りつつ高品質の結晶質薄膜が形成でき
る。なお、不純物を有効領域外に追いやる効果は次の原
理に基づく。すなわち、薄膜成分と不純物とでは融点、
比重等の物性が異なるので、波動的な温度変化が加わる
と、両者の間に進行速度の差が生じる。よって、多数回
の照射を行うこと、微量な不純物と薄膜成分とが分離さ
れる。

【０２８７】ここで、干渉パターンの周期と変調度の調
節は、１回の照射中、あるいは多数回照射の各照射ごと
に行ってもよい。更に、結晶成長の各段階に応じて変調
度の制御を行うのもよく、このような方法によると、結
晶成長をより好適に誘導できる。

【０２８８】また、上記実施の形態４−３、４−４のい
ずれにおいても、前記実施の形態４−１または４−２と
同様、光レーザまたは基板側の何れかを移動（往復運動
等を含む）させながら照射することもでき、この方法に
より結晶成長を適正に制御できる。そして、この移動を
明線部Ｈと暗線部Ｌからなる縞模様の方向と平行する方
向に向かって行った場合には、上記実施の形態４−３の
場合であっても、不純物を追い出す効果が得られる。

【０２８９】ところで、以上では主に照射領域の面方向
の温度分布を想定して説明したが、図３９に示すよう
に、照射する薄膜の厚み方向に光干渉による光強度分布
を形成させることもできる。図３９は、照射方向（同図
の上方）より順にアモルファスシリコン層の薄膜１１０
１、下地層（ＳｉＯ₂）１１０２、ガラス基板１１０３
からなる被照射体に光ビームが照射された様子を示す模
式図である。被照射体に上下方向（厚み方向）に光強度
分布を有する光ビームが入射すると、この波形に対応す
る温度分布が厚み方向に形成されるが、ＴＦＴに使用さ
れるシリコン薄膜の厚みは、通常数十ナノメートルと薄
く、干渉縞の周期より距離が短いので、厚み方向に周期
的な温度分布を形成することは困難である。

【０２９０】しかし、薄膜１１０１の上面は、周囲環境
に熱輻射することにより冷却され、下面（基板側）は下
地層１１０２やガラス基板１１０３に熱伝導することに
より放熱されるので、厚み方向にも温度分布が存在して
おり、この温度分布を大きくすることは可能である。そ
して、光照射により厚み方向の温度分布を拡大する手段
として、上記した干渉パターンを利用できる。具体的に
は、例えばガラス基板１１０３の下面に反射鏡を設置し
て干渉を起こさせる、または薄膜１１０１と下地層１１
０２またはガラス基板１１０３との屈折率の差を大きく
して、薄膜１１０１側から入射した光と、各層の界面で
反射した光により干渉を生じさせる。また、干渉縞の周
期を調節するなどして、厚み方向（上下方向）に温度分
布を形成することができ、これにより厚み方向における
結晶成長を制御できる。

【０２９１】厚み方向の温度分布を制御する場合におい
ては、非単結晶質薄膜の厚さ、下地層および基板の熱伝
導率を考慮して個々具体的に好適な設定条件を決定する
のがよい。また、１つの光源から発した光を２つに分割
し、一方を薄膜面側（上方）から照射し、他方を基板側
（下方）から照射して、薄膜内部で干渉させることもで
きる。但し、この場合には基板および下地層を光ビーム
が透過する材質とする。

【０２９２】（実施の形態４−５）本実施の形態は、結
晶化プロセスにおける雰囲気ガスの圧力を好適に設定す
ることにより、被結晶化面に温度勾配を形成する点に特
徴を有する。これに対し、上記実施の形態４−１〜４−
４では、光ビームの光強度パターンを調節・制御するこ
とにより、結晶化度の向上と均一化を図るものである。
よって、本実施の形態と実施の形態４−１〜４−４とは
全く考え方を異にする。以下に本実施の形態の内容を説
明する。

【０２９３】図４０は、図３９と同様な被照射体（積層
体）の断面図であり、１２００は光ビームの照射面、１
２０１は薄膜、１２０２は下地層、１２０３は基板を表
し、矢印は薄膜の熱の伝達方向（放熱方向）を示してい
る。図４０に示す如く、熱の一部は周囲雰囲気中（上方
向）および薄膜の照射領域外方向（図の左右方向）に拡
散するが、大部分の熱は接触面積が大きくかつ熱伝導率
の大きい基板側（下方向）に伝達される。ここにおい
て、従来のレーザアニール法では、高度な真空雰囲気中
で、しかも均一な光強度分布の光ビームを照射する方法
で行われている。したがって、前記実施の形態４−１で
説明したように、照射面の中央部には殆ど温度勾配が形
成されないので、放熱の初期段階においては、中央部に
核が発生しにくい。その一方、放熱過程のある段階で同
時多発的に多数の核が発生すると言った現象が起きる。

【０２９４】本実施の形態では、上記従来法と異なり周
囲雰囲気を高度な真空にしないことを特徴としており、
周囲雰囲気を構成する気体分子の運動を利用して、光照
射面において温度の不均一部位を発生させようとするも
のである。

【０２９５】初めに、この実施の形態４−５における原
理を説明する。一般にエキシマレーザのようなパルス光
の１ショット（１パルス）の時間は、２０〜５０ｎｓｅ
ｃと極めて短い。したがって、この短い照射時間内でシ
リコン等を融点以上に昇温させる必要があり、それゆえ
シリコン等を数十ｎｍと極めて薄い薄膜とするのが一般
的である。このように極めて薄い薄膜であると、放熱過
程において周囲の気体分子の影響が極めて大きくなる。

【０２９６】すなわち、周囲雰囲気を構成する気体分子
や薄膜中に存在する気体分子は、一定の確率で薄膜表面
に衝突し離脱する運動を行っているが、この気体分子の
熱エネルギーレベルは光照射され加熱された薄膜よりも
小さいので、薄膜表面に衝突し離脱する際に薄膜の熱を
奪う。このような気体分子の作用を考慮すると、薄膜面
では摂動的な温度分布が生じているはずである。よっ
て、周囲雰囲気圧力や周囲雰囲気を構成する気体分子の
種類を適正に設定すれば、均一な光強度分布の光ビーム
を照射した場合であっても、光照射領域内に温度の不均
一な部位（温度の低い部位）を形成できる。このような
部位を形成することができれば、核の発生と結晶成長の
円滑化が実現できると考えられる。この考えのもと、以
下の実験を行った。

【０２９７】なお、結晶化プロセスにおける結晶核は、
大気中の水分が結露する際における水蒸気核に似た役割
を演じていると考えられる。

【０２９８】（実験１） 実験条件 先ず、コーニング社製＃７０５９ガラスからなる基板
（厚み１．１ｍｍ）の上に、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ₂
層（下地層）を形成し、更にこの上に膜厚５０ｎｍのア
モルファスシリコン層を形成したものを被照射体として
用意した。次に、図４３に示すような石英ガラスからな
る窓１５０１が設けられた気密容器１５００内に上記ア
モルファスシリコン層１５０３が形成された被照射体を
入れ、気密容器１５００内の空気を除去し、その後、水
素ガスボンベ１５０２から水素ガスを導入して気密容器
内を所定水素ガス圧とした。次いで、レーザ照射装置１
５１０で発生させたエキシマレーザを窓１５０１を介し
て被照射体のアモルファスシリコン層１５０３に照射
し、しかる後、放熱して結晶化を行った。

【０２９９】上記における所定水素ガス圧（雰囲気圧
力）としては、５×１０^-6ｔｏｒｒ、１×１０^-5ｔｏｒ
ｒ 、１×１０^-2ｔｏｒｒ 、１×１０^-1ｔｏｒｒ、１
ｔｏｒｒ、１０ｔｏｒｒの６通りとした。また、レーザ
照射条件としては、１パルス（１ショット）が３０ｎ・
ｓｅｃ、ビームが幅７ｍｍ×７ｍｍ、光強度が３５０ｍ
Ｊ／ｃｍ²の光強度分布の均一な従来型光ビームを用い
た。そして、この光ビームを１００パルス照射した後、
室温環境下で放熱させて、アモルファスシリコン層１５
０３を多結晶化した。

【０３００】なお、図４３中、１５１１はエキシマレー
ザ光発生器、１５１２はミラー、１５１３はビームホモ
ジナイザーを示している。

【０３０１】雰囲気圧力と結晶化度の関係 上記条件で作製した６通りの結晶質シリコン薄膜（poly
- Ｓｉ）について、斜光による目視観察を行った。ま
た、顕微ラマン分光法でラマン強度を測定し、水素ガス
圧が５×１０^-6ｔｏｒｒのときにおけるラマン強度を１
として、各々の結晶化度を評価した。この結果を表１に
一覧表示した。

【表１】

【０３０２】表１に示すように、目視観察において、レ
ーザアニール処理後のシリコン薄膜の状態が製造時の雰
囲気圧力に対応して変化することが認められた。すなわ
ち、水素ガス圧（雰囲気圧力）が１０^-6ｔｏｒｒ台で
は、青みのある散乱光がわずかに認められるのみであっ
たが、１０^-5ｔｏｒｒ台では前記散乱光が緑色側にシフ
トして、全体が明るくなった。さらに水素ガス圧が１０
^-1に高まると、散乱が顕著となり、白濁したような状態
が観察され、その後１０ｔｏｒｒ程度までは、ほぼ同様
の状態が確認された。

【０３０３】他方、顕微ラマン分光法による結晶化度評
価によると、水素ガス圧が５×１０ ^-6ｔｏｒｒで結晶化
された試料のラマン強度を基準とするとき、雰囲気圧力
が１×１０^-5ｔｏｒｒでは４倍の強度を示し、さらに１
×１０^-5ｔｏｒｒから１０ｔｏｒｒの間では６倍から７
倍のラマン強度を示した。これらの結果から次のことが
明らかとなる。

【０３０４】従来では雰囲気中の分子と薄膜物質とを反
応させる等の特別な場合を除き、雰囲気圧力をできるだ
け下げた状態（高度な真空状態）で光照射を行うのが一
般的であったが、表１で明らかなごとく、高度な真空状
態とすると、良好な結晶化度が得られない。他方、水素
ガス圧が高まるに従い結晶化度が向上する。この実験結
果からして、レーザアニール処理による結晶化において
は、周囲雰囲気圧力を一定値以上に設定するのがよく、
好ましくは１×１０^-2ｔｏｒｒ以上の雰囲気圧力とする
のがよい。

【０３０５】なお、高度な真空状態とすると、良好な結
晶化度が得られないのは、気体分子の運動による摂動的
な温度の不均一性が形成できないためであると考えられ
る。他方、水素ガス圧が存在する場合において結晶化度
が向上したのは、水素分子が薄膜表面に衝突し離脱する
際に薄膜の熱を奪い、局所的・摂動的な温度不均一を生
じさせるからと考えられる。つまり、表１の結果は上記
考察を裏付けるものである。

【０３０６】（実験２）雰囲気圧力としての水素ガス圧
を５×１０^-6ｔｏｒｒ、１ｔｏｒｒの２通りとし、それ
ぞれの水素ガス圧条件において光ビームの照射回数を
１、１０、１００、５００に変化させたこと以外は、上
記実験１と同様にして結晶質シリコン薄膜（poly- Ｓ
ｉ）を作製した。そして、上記と同様にしてラマン強度
を測定し、照射回数と結晶化度との関係において、水素
ガス圧の影響を調べた。この結果を図４１に示した。

【０３０７】図４１より明らかなごとく、水素ガス圧が
１ｔｏｒｒの場合においては、照射回数が増えるに従っ
てラマン強度が上昇し、結晶化度が向上することが認め
られた。他方、水素ガス圧が５×１０^-6ｔｏｒｒの場合
においては、１０回を超えて照射回数を増やしてもラマ
ン強度が増加せず、結晶化度の向上がなかった。

【０３０８】この結果から、光ビームを多数回照射して
結晶化を図る方法においても、雰囲気圧力を高度な真空
にしない方がよいことが判る。そして、この結果におい
て、少なくとも水素ガス圧を１ｔｏｒｒとすれば、照射
回数の増加とともに結晶化度が向上することが確認され
た。

【０３０９】ところで、実験１では、１０ｔｏｒｒを超
える条件における結果を示してないが、１０ｔｏｒｒを
超える条件においても、良質な結晶質薄膜が形成される
と考えられる。この理由は次の通りである。水素ガス圧
が高まると、薄膜表面に衝突・離脱する水素分子の数が
多くなるので、温度分布の不均一を生じさせる効果が弱
まると考えられる。しかし、次のような効果が付加され
る。すなわち、光照射により薄膜温度が融点温度以上に
加熱されると、薄膜内部の蒸気圧が高まり、この蒸気圧
が結晶の成長を阻害し、また薄膜を構成する物質の飛散
が生じるが、周囲の圧力が高いと、この圧力によって薄
膜物質の飛散等が抑制され、その結果として結晶化の進
行が円滑になる。

【０３１０】ところで、上記実験１、２では、周囲雰囲
気を構成するガスとして、比熱が大きく熱冷却効果が大
きい水素ガス（Ｈ₂）を用いたが、周囲雰囲気を構成す
るガスは水素ガスに限定されるものではない。例えばＮ
₂やＨｅ、Ａｒなどの不活性ガスが使用でき、これらの
気体分子を２つ以上混ぜ合わせた混合ガスであってもよ
い。但し、気体分子の種類によって、比熱や薄膜物質に
与える影響（悪影響を含む）が異なるので、気体分子の
種類によって好適なガス圧を設定するのが好ましい。

【０３１１】また、以上では、光ビームとしてエキシマ
レーザを用いたが、本発明で使用する光ビームはエキシ
マレーザに限定されるものではない。例えば前記したよ
うなＨｅ−Ｎｅレーザ、アルゴンレーザ等の連続発振を
するレーザのみならず、紫外線ランプなどの光も使用可
能である。

【０３１２】また、本発明は、多結晶化法として特に有
用であるが、単結晶化を作製する方法として利用できる
ことは勿論である。

【０３１３】更に、以上では結晶質半導体薄膜の形成方
法を中心として本発明の内容を説明したが、本発明にか
かる技術は、光エネルギーを用いて行う物質の改質、例
えばポリマーの溶融成形、合金に対する熱アニール操作
等、に広く適用できる。

【０３１４】（実施の形態５−１）本発明の実施の形態
５−１について、図４４および図４５に基づいて説明す
る。

【０３１５】まず、図４４に示すように、ガラス基板５
２１に、プラズマＣＶＤ法によって、前駆体半導体薄膜
としてのアモルファスシリコン薄膜５２２を形成する。
このアモルファスシリコン薄膜５２２の膜厚は特に限定
されないが、通常、用途に応じて異なり、例えばＴＦＴ
に用いる場合は３００〜１０００Å程度、光センサや光
起電力素子（太陽電池など）に用いる場合は１μｍ以上
程度の厚さに形成される。

【０３１６】次に、上記アモルファスシリコン薄膜５２
２が形成されたガラス基板５２１を基板ステージ５３５
に載置し、アモルファスシリコン薄膜５２２に、結晶化
用の第１のエネルギビームであるＸｅＣｌエキシマレー
ザ５３１のレーザビーム５３１ａ、および予備加熱用の
第２のエネルギビームであるＡｒレーザ５３２のレーザ
ビーム５３２ａを静止状態で５秒間照射する。より詳し
くは、上記ＸｅＣｌエキシマレーザ５３１は、発振周波
数が５０Ｈｚ、波長が３０８ｎｍ、照射エネルギが３０
０ｍＪ／ｃｍ²であり、Ａｒレーザ５３２は、連続発
振、波長が４８８ｎｍ、出力が２０Ｗ／ｃｍ²である。
また、レーザビーム５３１ａは、ハーフミラー５３３を
透過して照射される一方、レーザビーム５３２ａは、ハ
ーフミラー５３３によって反射されて照射される。アモ
ルファスシリコン薄膜５２２における各レーザビーム５
３１ａ，５３２ａの照射領域５３１ｂ，５３２ｂは、帯
状で、かつ、レーザビーム５３２ａは、レーザビーム５
３１ａの照射領域５３１ｂを含む、より広い照射領域５
３２ｂに照射される。

【０３１７】なお、上記のようにハーフミラー５３３を
用いるなどして、レーザビーム５３１ａ，５３２ａがア
モルファスシリコン薄膜５２２に垂直に照射されるよう
にすることは、結晶粒径や電界効果移動度のばらつきの
低減が容易であるなどの点で好ましいが、必ずしも正確
に垂直に照射されなくても、例えば２枚のミラーをわず
かにずらして配置するなどして、実質的にほぼ垂直に照
射されるようにしてもよい。また、ＸｅＣｌエキシマレ
ーザ５３１に代えて、例えばＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＦエ
キシマレーザなどの波長が４００ｎｍ以下の種々のレー
ザを用いてもよい一方、Ａｒレーザ５３２に代えて、波
長が４５０〜５５０ｎｍの種々のレーザを用いてもよ
い。

【０３１８】ここで、アモルファスシリコン薄膜５２２
は、例えば膜厚が１０００Åの場合、図１に示すような
透過率特性を有している。すなわち、例えば波長が約５
００ｎｍの光に対しては、吸収係数は膜厚の逆数程度の
１０⁵ｃｍ^-1であり、４００ｎｍより短波長の光に対し
ては、吸収係数は１０⁶ｃｍ^-1以上で、ほとんど透過さ
せない。そこで、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマ
レーザ５３１のレーザビーム５３１ａは、ほとんどアモ
ルファスシリコン薄膜５２２の表面付近で吸収され、こ
れによる温度上昇、およびその熱の伝導によって、主と
してアモルファスシリコン薄膜５２２が１２００℃程度
に加熱される。一方、波長が４８８ｎｍのＡｒレーザ５
３２のレーザビーム５３２ａは、アモルファスシリコン
薄膜５２２の厚さ方向のほぼ全域で吸収され、伝導熱に
よって、ガラス基板５２１が４００℃程度に加熱され
る。それゆえ、レーザビーム５３１ａ，５３２ａの照射
終了後、アモルファスシリコン薄膜５２２は徐冷され、
結晶成長が促進されて、結晶粒の大きいポリシリコン薄
膜５２３が形成される。

【０３１９】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜５２３、および従来と同様にＸｅＣｌエキシマレー
ザ５３１だけによって結晶化させたポリシリコン薄膜の
結晶化の状態を評価するために、ラマン散乱測定を行っ
た。それぞれの測定結果を図４５に記号ＰまたはＲで示
す。同図から明らかなように、ＸｅＣｌエキシマレーザ
５３１のレーザビーム５３１ａだけを照射した場合
（Ｒ）よりも、Ａｒレーザ５３２のレーザビーム５３２
ａを併せて照射した場合（Ｐ）の方が、ラマン散乱強度
が大きく、結晶性の優れていることが確認された。

【０３２０】また、アモルファスシリコン薄膜５２２が
形成されたガラス基板５２１を例えば３ｍｍ／ｓｅｃの
速度で移動させながら、アモルファスシリコン薄膜５２
２の全域に同様にレーザビーム５３１ａ，５３２ａを照
射し、形成されたポリシリコン薄膜５２３の複数の領域
についてラマン散乱測定を行って結晶化の分布を調べた
ところ、非常に均一性の高いことが確認された。

【０３２１】なお、結晶化の均一性を高くするために
は、前記のようにレーザビーム５３２ａの照射領域５３
２ｂが、レーザビーム５３１ａの照射領域５３１ｂを含
む、より広い領域であることが好ましい。

【０３２２】（実施の形態５−２）上記実施の形態５−
１のＡｒレーザ５３２に代えて、図４６に示すように、
例えば波長が４μｍの赤外線ランプ５３４を用いてもよ
い。すなわち、ガラス基板５２１は、例えば図４７に示
すような透過率特性を有し、赤外線ランプ５３４から発
せられる赤外線５３４ａは、アモルファスシリコン薄膜
５２２を透過して、大部分がガラス基板５２１に吸収さ
れる。そこで、ＸｅＣｌエキシマレーザ５３１のレーザ
ビーム５３１ａを照射すると、実施の形態５−１と同様
に、レーザビーム５３１ａによって、主としてアモルフ
ァスシリコン薄膜５２２が加熱される一方、赤外線ラン
プ５３４の赤外線５３４ａによって、主としてガラス基
板５２１が加熱される。それゆえ、レーザビーム５３１
ａおよび赤外線５３４ａの照射終了後、アモルファスシ
リコン薄膜５２２は徐冷され、結晶成長が促進されて、
結晶粒の大きいポリシリコン薄膜５２３が形成される。

【０３２３】上記のように赤外線ランプ５３４を用いる
ことを除いて実施の形態５−１と同様の条件により形成
されたポリシリコン薄膜５２３について、ラマン散乱測
定を行った測定結果を図４５に記号Ｑで示す。同図から
明らかなように、やはり、ＸｅＣｌエキシマレーザ５３
１のレーザビーム５３１ａだけを照射した場合（Ｒ）よ
りも、ラマン散乱強度が大きく、結晶性の優れているこ
とが確認された。

【０３２４】また、結晶粒の均一性も、実施の形態５−
１と同様に高いことが確認された。

【０３２５】なお、上記赤外線５３４ａに加えて、さら
に、実施の形態５−１と同様に、Ａｒレーザ５３２のレ
ーザビーム５３２ａも照射するようにしてもよい。ま
た、赤外線５３４ａも、実施の形態５−１と同様にハー
フミラーを用いるなどして、アモルファスシリコン薄膜
５２２に垂直に照射されるようにしてもよい。

【０３２６】（実施の形態５−３）本発明の実施の形態
５−３について、図４８ないし図５０に基づいて説明す
る。

【０３２７】まず、図４８に示すように、ガラス基板５
２１に、誘導結合プラズマＣＶＤ装置によって、前駆体
半導体薄膜としての微結晶シリコン薄膜５２４を形成す
る。詳しくは、例えば、反応ガスとしてモノシランガス
（ＳｉＨ₄）と水素ガスとを２：３の割合で混合した混
合ガスを用い、基板温度（反応温度）が３５０℃〜５３
０℃、圧力が数ｍＴｏｒｒの反応条件で、膜厚が８５ｎ
ｍの微結晶シリコン薄膜５２４を形成する。なお、微結
晶シリコン薄膜５２４に代えて、実施の形態５−１と同
様にアモルファスシリコン薄膜５２２を形成してもよ
い。また、プラズマＣＶＤ装置に代えて、ＬＰ（Low Po
wer ）ＣＶＤ装置やスパッタ装置等を用いるなどしても
よい。

【０３２８】次に、上記微結晶シリコン薄膜５２４が形
成されたガラス基板５２１を４００℃〜５００℃で３０
分以上熱処理し、微結晶シリコン薄膜５２４中の水素を
放出させる脱水素処理を行う。すなわち、後述するレー
ザアニール時において、微結晶シリコン薄膜５２４中に
取り込まれた水素が急激に放出されて微結晶シリコン薄
膜５２４に損傷が生じるのを防止するようにする。

【０３２９】次に、レーザアニールを行う。すなわち、
図４９に示すように、石英板による照射窓５４１ａが形
成されたチャンバ５４１内に上記ガラス基板５２１を設
置し、ＸｅＣｌエキシマレーザ５３１のレーザビーム５
３１ａ、および白熱ランプ５４２の白熱光５４２ａを照
射して、微結晶シリコン薄膜５２４を結晶化させてポリ
シリコン薄膜５２３を形成する。より詳しくは、上記レ
ーザビーム５３１ａは、パルス幅が数１０ｎｓのパルス
発振、波長が３０８ｎｍ、照射エネルギが３５０ｍＪ／
ｃｍ²、照射回数は１０回である。また、レーザビーム
５３１ａは、レーザ光減衰器５４３、ホモジナイザ（レ
ーザ光均一化装置）５４４、および反射鏡５４５を介し
て照射される。一方、白熱光５４２ａは、微結晶シリコ
ン薄膜５２４が４００℃程度に加熱されるように照射す
る。

【０３３０】さらに、上記ポリシリコン薄膜５２３を水
素プラズマ雰囲気中で３５０℃以上に加熱することによ
り、ポリシリコン薄膜５２３中の切断された結合手を水
素で終端する水素化処理を行う。

【０３３１】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜５２３の結晶粒径をＳＥＭおよびＴＥＭを用いて測
定したところ、０．７μｍであり、従来のポリシリコン
膜での０．３μｍに対して結晶粒径が増大していること
が確認された。また、電界効果移動度は、従来の５０ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓｅｃから、８０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃに増大
し、さらに、ポリシリコン薄膜５２３の界面および膜中
の合計の欠陥密度は、１．３×１０¹²ｃｍ^-2ｅＶ^-1か
ら、１．０×１０¹²ｃｍ^-2ｅＶ^-1に減少した。すなわ
ち、レーザビーム５３１ａの照射時に白熱ランプ５４２
による加熱を併用することによって、ポリシリコン薄膜
５２３の結晶粒径の増大、および膜質の向上がなされ
る。

【０３３２】なお、レーザビーム５３１ａの照射条件を
種々に変更して実験したところ、照射エネルギが２００
ｍＪ／ｃｍ²以上で結晶化が生じ、５００ｍＪ／ｃｍ²以
上では微結晶シリコンが消失する。また、３００ｍＪ／
ｃｍ²以上、４５０ｍＪ／ｃｍ²以下の範囲では、結晶成
長が十分に行われ、結晶粒径が大きくなる。また、照射
回数が５回以上で、結晶欠陥の発生が抑制され、結晶性
が向上する。

【０３３３】次に、所定の絶縁膜や導電膜の成膜処理、
エッチングによるパターニング、イオン注入などを行う
ことにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する。
なお、ポリシリコン薄膜５２３のパターニングはレーザ
アニールの前に行ってもよい。

【０３３４】上記のようにして形成されたＴＦＴのゲー
ト電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を計測した
ところ、図５０に示すように、従来のＴＦＴに比べて、
ゲート電圧に対するドレイン電流の立ち上がりが急にな
り、サブスレッショルド特性の向上したことが確認さ
れ、閾値電圧も低下した。

【０３３５】なお、上記のようにレーザビーム５３１ａ
の照射と同時に白熱光５４２ａを照射せずに、例えば図
５１に示すように、水平方向に移動可能な基板ステージ
５３５にガラス基板５２１を載置し、同図に矢印Ａで示
す方向に移動させながら、微結晶シリコン薄膜５２４に
おけるレーザビーム５３１ａの照射領域よりも移動方向
前方側に白熱光５４２ａを照射することにより、レーザ
ビーム５３１ａによる加熱に先立って白熱光５４２ａに
よる加熱を行うようにしても、同様の効果は得られる。

【０３３６】（実施の形態５−４）本発明の実施の形態
５−４のＴＦＴについて、図５２および図５０に基づい
て説明する。

【０３３７】まず、図５２に示すように、ガラス基板５
２１に、プラズマＣＶＤ法を用いて、アモルファスシリ
コン薄膜５２２を形成する。詳しくは、例えば反応ガス
としてモノシランガス（ＳｉＨ₄）と水素ガスとの混合
ガスを用い、基板温度が１８０℃〜３００℃、圧力が
０．８Ｔｏｒｒの反応条件で、膜厚が８５ｎｍのアモル
ファスシリコン薄膜５２２を形成する。

【０３３８】次に、実施の形態５−３と同様に、上記ア
モルファスシリコン薄膜５２２が形成されたガラス基板
５２１に脱水素処理を行う。

【０３３９】次に、ガラス基板５２１を図５２に矢印Ａ
で示す方向に移動させながら、ＸｅＣｌエキシマレーザ
５３１のレーザビーム５３１ａ、およびエキシマランプ
５５１のエキシマランプ光５５１ａを照射し、アモルフ
ァスシリコン薄膜５２２を結晶化させてポリシリコン薄
膜５２３を形成する。より詳しくは、上記レーザビーム
５３１ａは、照射エネルギが３５０ｍＪ／ｃｍ²で、ア
モルファスシリコン薄膜５２２における照射領域５３１
ｂが５００μｍ×７０ｍｍの帯状になるように照射す
る。また、ガラス基板５２１の移動に伴って、レーザビ
ーム５３１ａの各パルスの照射領域５３１ｂが９０％ず
つ重なるようにして、アモルファスシリコン薄膜５２２
の全ての領域に、それぞれ１０回ずつレーザビーム５３
１ａが照射されるようにする。一方、エキシマランプ光
５５１ａは、可視光から紫外光領域の光で、直接、およ
び凹面反射鏡５５２を介して、上記レーザビーム５３１
ａの照射領域５３１ｂを含む５ｍｍ×７０ｍｍの照射領
域５５１ｂに、アモルファスシリコン薄膜５２２が５０
０℃程度に加熱されるように照射する。

【０３４０】さらに、実施の形態５−３と同様に、水素
化処理を行う。

【０３４１】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜５２３の結晶粒径をＳＥＭおよびＴＥＭを用いて測
定したところ、１μｍであり、従来のポリシリコン膜で
の０．３μｍに対して結晶粒径が増大していることが確
認された。また、電界効果移動度は、従来の５０ｃｍ²
／Ｖ・ｓｅｃから、１２０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃに増大
し、さらに、ポリシリコン薄膜５２３の界面および膜中
の合計の欠陥密度は、１．３×１０¹²ｃｍ^-2ｅＶ^-1か
ら、１．１×１０¹²ｃｍ^-2ｅＶ^-1に減少した。すなわ
ち、レーザビーム５３１ａの照射時にエキシマランプ５
５１による加熱を併用することによって、ポリシリコン
薄膜５２３の結晶粒径の増大、および膜質の向上がなさ
れる。

【０３４２】次に、実施の形態５−３と同様に、所定の
絶縁膜や導電膜の成膜処理、エッチングによるパターニ
ング、イオン注入などを行うことにより、ＴＦＴを形成
する。

【０３４３】上記のようにして形成されたＴＦＴのゲー
ト電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を計測した
ところ、図５０に示すように、やはり、従来のＴＦＴに
比べて、ゲート電圧に対するドレイン電流の立ち上がり
が急になり、サブスレッショルド特性が向上し、また、
閾値電圧が５．０Ｖから４．２Ｖに減少したことが確認
された。

【０３４４】（実施の形態５−５）本発明の実施の形態
５−５について、図５３および図５０に基づいて説明す
る。

【０３４５】まず、実施の形態５−４と同様に、ガラス
基板５２１にアモルファスシリコン薄膜５２２を形成
し、脱水素処理を行う。

【０３４６】次に、図５３に示すように、ガラス基板５
２１を矢印Ａで示す方向に移動させながら、ＸｅＣｌエ
キシマレーザ５３１のレーザビーム５３１ａ、およびエ
キシマランプ５５１のエキシマランプ光５５１ａを照射
するとともに、ヒータ５６１によって、ガラス基板５２
１を底面側から加熱して、ポリシリコン薄膜５２３を形
成する。すなわち、上記レーザビーム５３１ａ、および
エキシマランプ光５５１ａの照射条件等は、実施の形態
５−４と同じであるが、さらに、ヒータ５６１によって
ガラス基板５２１全体を４５０℃に加熱する点が実施の
形態５−４と異なる。

【０３４７】さらに、実施の形態５−３と同様に、水素
化処理を行う。

【０３４８】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜５２３の結晶粒径をＳＥＭおよびＴＥＭを用いて測
定したところ、１．５μｍであり、従来のポリシリコン
膜での０．３μｍに対して結晶粒径が増大していること
が確認された。また、電界効果移動度は、従来の５０ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓｅｃから、１５０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃに増大
し、さらに、ポリシリコン薄膜５２３の界面および膜中
の合計の欠陥密度は、１．３×１０¹²ｃｍ^-2ｅＶ^-1か
ら、８．７×１０¹¹ｃｍ^-2ｅＶ^-1に減少した。すなわ
ち、レーザビーム５３１ａの照射時に、エキシマランプ
５５１、およびヒータ５６１による加熱を併用すること
によって、一層、ポリシリコン薄膜５２３の結晶粒径の
増大、および膜質の向上がなされる。

【０３４９】また、実施の形態５−３と同様に、ＴＦＴ
を形成し、ゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）
特性を計測したところ、図５０に示すように、実施の形
態５−４よりも、さらにゲート電圧に対するドレイン電
流の立ち上がりが急になり、サブスレッショルド特性等
の向上したことが確認された。

【０３５０】なお、ガラス基板５２１の温度を種々に設
定して実験したところ、ガラス基板５２１の温度を３０
０℃以上に加熱すれば結晶品質の向上効果が得られる
が、６００℃以上になると、ガラス基板５２１に歪みが
生じ、ＴＦＴ等の素子の作製が困難になる。

【０３５１】（実施の形態５−６）本発明の実施の形態
５−６について、図５４および図５０に基づいて説明す
る。

【０３５２】まず、実施の形態５−４と同様に、ガラス
基板５２１にアモルファスシリコン薄膜５２２を形成
し、脱水素処理を行う。

【０３５３】次に、図５４に示すように、ガラス基板５
２１を矢印Ａで示す方向に移動させながら、ＫｒＦエキ
シマレーザ５７１のレーザビーム５７１ａ、およびエキ
シマランプ５５１のエキシマランプ光５５１ａを照射す
るとともに、ヒータ５６１によって、ガラス基板５２１
を底面側から加熱して、ポリシリコン薄膜５２３を形成
する。ここで、実施の形態５−５と比べると、主とし
て、上記エキシマランプ光５５１ａがガラス基板５２１
の真上から波長選択性反射板５７２を透過して照射され
る点、およびＸｅＣｌエキシマレーザ５３１に代えてＫ
ｒＦエキシマレーザ５７１が用いられ、レーザビーム５
７１ａは、波長選択性反射板５７２を介して照射される
点が異なる。また、エキシマランプ光５５１ａは、レー
ザビーム５７１ａの照射領域５７１ｂを含む５ｍｍ×１
００ｍｍの照射領域５５１ｂに照射される。その他の加
熱条件等は実施の形態５−５と同様である。

【０３５４】上記波長選択性反射板５７２は、２８０ｎ
ｍよりも短い波長の光を反射する一方、２８０ｎｍより
も長い波長の光を透過させるものが用いられる。そこ
で、ＫｒＦが放電に用いられるＫｒＦエキシマレーザ５
７１のレーザビーム５７１ａ（波長が２４８ｎｍ）は、
波長選択性反射板５７２に反射されてアモルファスシリ
コン薄膜５２２にほぼ垂直に照射されるとともに、可視
光から紫外光領域のエキシマランプ光５５１ａは、波長
選択性反射板５７２を透過してアモルファスシリコン薄
膜５２２にほぼ垂直に照射される。

【０３５５】さらに、実施の形態５−３と同様に、水素
化処理を行う。

【０３５６】上記のように、レーザビーム５７１ａおよ
びエキシマランプ光５５１ａがアモルファスシリコン薄
膜５２２に垂直に照射されて形成されたポリシリコン薄
膜５２３の結晶粒径、電界効果移動度、および欠陥密度
は、それぞれ実施の形態５−５と同じく、１．５μｍ、
１５０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃ、および８．７×１０¹¹ｃｍ
^-2ｅＶ^-1であったが、ポリシリコン薄膜５２３の各領域
における結晶粒径や電界効果移動度のばらつきは一層少
なく、ポリシリコン薄膜５２３の全面にわたって、ほぼ
均一な特性が得られた。

【０３５７】また、実施の形態５−３と同様に、ＴＦＴ
を形成し、ゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）
特性を計測したところ、図５０に示すように、実施の形
態５−５と同じ特性が得られた。

【０３５８】なお、波長選択性反射板５７２によるレー
ザビーム等の波長に応じた選択的反射・透過は、上記の
ようにＫｒＦエキシマレーザ５７１を用いることによっ
て容易に行わせることができるが、これに限らず、Ｘｅ
Ｂｒ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどを使用した短波
長レーザを用いてもよい。

【０３５９】（実施の形態５−７）本発明の実施の形態
５−７について、図５４ないし図５６、および図５０に
基づいて説明する。

【０３６０】この実施の形態５−７においては、実施の
形態５−６と比べて、エキシマランプ光５５１ａの照射
領域５５１ｂが５ｍｍ×７０ｍｍの領域である点と、エ
キシマランプ５５１によるアモルファスシリコン薄膜５
２２の加熱温度を種々に設定している点が異なり、その
他の加熱条件等は実施の形態５−６と同様である。すな
わち、図５４におけるエキシマランプ光５５１ａの照射
強度を調整し、アモルファスシリコン薄膜５２２の加熱
温度を室温から１２００℃までの範囲で種々に設定し
て、ポリシリコン薄膜５２３を形成し、ポリシリコン薄
膜５２３の結晶粒径、および電界効果移動度を測定し
た。

【０３６１】ポリシリコン薄膜５２３の結晶粒径は、図
５５に示すように、アモルファスシリコン薄膜５２２を
約３００℃以上に加熱すると、その加熱温度に応じて大
きくなり、１０００℃の場合に、最大の５μｍ以上にな
る。１０００℃を越えると、ガラス基板５２１の表面が
一部溶融し、結晶成長が妨げられるため、結晶粒径は小
さくなる。

【０３６２】また、ポリシリコン薄膜５２３の電界効果
移動度は、図５６に示すように、やはりアモルファスシ
リコン薄膜５２２を約３００℃以上に加熱すると、その
加熱温度に応じて大きくなり、１０００℃の場合に、最
大の４５０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃになるとともに、１００
０℃を越えると小さくなる。

【０３６３】すなわち、レーザビーム５７１ａの照射に
加えて、ヒータ５６１によってガラス基板５２１を加熱
するとともに、エキシマランプ光５５１ａの照射によっ
て、アモルファスシリコン薄膜５２２を６００℃〜１１
００℃の範囲で加熱することにより、特に、ポリシリコ
ン薄膜５２３の結晶粒径の拡大および膜質の向上効果が
得られる。

【０３６４】また、上記ポリシリコン薄膜５２３に対し
て、実施の形態５−３と同様に、ＴＦＴを形成し、ゲー
ト電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）特性を計測した
ところ、例えばアモルファスシリコン薄膜５２２の加熱
温度が６００℃の場合の例を図５０に示すように、実施
の形態５−５，５−６よりも、さらに良好なＴＦＴ特性
が得られた。

【０３６５】（実施の形態５−８）本発明の実施の形態
５−８について、図５７、図５８、および図５０に基づ
いて説明する。

【０３６６】この実施の形態５−８においては、前記実
施の形態５−７と比べて、主として、エキシマランプ５
５１に代えてパルス発光するＸｅフラッシュランプ５８
１が用いられる点が異なる。

【０３６７】より詳しくは、図５７に示すように、実施
の形態５−７と同様のＫｒＦエキシマレーザ５７１のレ
ーザビーム５７１ａは、アモルファスシリコン薄膜５２
２における照射領域５７１ｂが５００μｍ×２００ｍｍ
の帯状になるように照射する。一方、Ｘｅフラッシュラ
ンプ５８１から発せられる可視光から紫外光領域のＸｅ
フラッシュランプ光５８１ａは、上記レーザビーム５７
１ａの照射領域５７１ｂを含む５ｍｍ×２００ｍｍの照
射領域５８１ｂに、アモルファスシリコン薄膜５２２が
１０００℃程度に加熱されるように照射する。また、こ
のＸｅフラッシュランプ光５８１ａは、図５８に示すよ
うに、レーザビーム５７１ａの照射パルスと同期して、
その照射パルスの前後にわたる幅のパルスとして照射す
る。また、レーザビーム５７１ａの照射パルスは、その
照射周期の２／３以下のパルス幅になるように照射す
る。上記以外の加熱条件等は実施の形態５−７と同様で
ある。

【０３６８】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜５２３の結晶粒径、および電界効果移動度は、それ
ぞれ実施の形態５−７においてアモルファスシリコン薄
膜５２２を１０００℃に加熱した場合とほぼ同等であっ
たが、実施の形態５−７においてはガラス基板５２１に
多少の歪みが生じたのに対し、本実施の形態５−８では
歪みは生じず、より確実に適正な半導体回路を形成する
ことなどが容易になる。しかも、Ｘｅフラッシュランプ
５８１の加熱効率が高く、一度に大きな面積を加熱する
ことができるため、生産性を容易に向上させることがで
きる。

【０３６９】また、実施の形態５−３と同様に、ＴＦＴ
を形成し、ゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）
特性を計測したところ、図５０に示すように、実施の形
態５−７よりも、さらに良好なＴＦＴ特性が得られた。

【０３７０】（実施の形態５−９）本発明の実施の形態
５−９について、図５９、および図５０に基づいて説明
する。

【０３７１】この実施の形態５−９においては、図５９
に示すように、実施の形態５−８と同様のＫｒＦエキシ
マレーザ５７１から発せられるレーザビーム５７１ａ
が、波長選択性反射板５７２により反射されて、アモル
ファスシリコン薄膜５２２における５００μｍ×２００
ｍｍ程度の帯状の照射領域５７１ｂに照射されるととも
に、ＹＡＧレーザから発せられたレーザビームをＫＴＰ
結晶を用いて２分の１波長に変換するＹＡＧレーザ装置
５９１からのレーザビーム５９１ａが、反射板５９２に
より反射されて、アモルファスシリコン薄膜５２２にお
ける５ｍｍ×２００ｍｍの照射領域５９１ｂに照射され
る。上記のように、波長選択性反射板５７２および反射
板５９２によって、レーザビーム５７１ａおよびレーザ
ビーム５９１ａは、アモルファスシリコン薄膜５２２に
垂直に入射する。また、レーザビーム５７１ａおよびレ
ーザビーム５９１ａの照射タイミング、およびパルス
幅、レーザビーム５７１ａの照射エネルギ、並びにヒー
タ５６１によるガラス基板５２１の加熱温度等は、実施
の形態５−８と同様である。

【０３７２】上記ＹＡＧレーザ装置５９１のレーザビー
ム５９１ａによるアモルファスシリコン薄膜５２２の加
熱温度を室温から１２００℃の範囲で種々に設定してポ
リシリコン薄膜５２３を形成し、結晶粒径、および電界
効果移動度を測定したところ、アモルファスシリコン薄
膜５２２の加熱温度が１１００℃の場合に、それぞれ最
大の５．５μｍ、および６００ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃにな
った。すなわち、ＹＡＧレーザ装置５９１を予備加熱に
用いたことにより、アモルファスシリコン薄膜５２２を
比較的高温に加熱しても、ガラス基板５２１が歪んだ
り、溶融してポリシリコン薄膜５２３に不純物が混入し
たりすることがなく、実施の形態５−７でエキシマラン
プ５５１によってアモルファスシリコン薄膜５２２を加
熱した場合よりも、さらに良好な結晶性のポリシリコン
薄膜５２３が得られた。ただし、アモルファスシリコン
薄膜５２２を１２００℃まで加熱した場合には、結晶粒
径、および電界効果移動度が、何れも低下した。これ
は、ＹＡＧレーザ装置５９１による予備加熱時に既に微
結晶シリコンが形成され、これがＫｒＦエキシマレーザ
５７１による結晶成長に悪影響を与えているからであ
る。

【０３７３】また、実施の形態５−３と同様に、ＴＦＴ
を形成し、ゲート電圧（Ｖｇ）−ドレイン電流（Ｉｄ）
特性を計測したところ、図５０に示すように、実施の形
態５−８よりも、さらに良好なＴＦＴ特性が得られた。

【０３７４】なお、予備加熱用のレーザ装置としては、
上記のようにＹＡＧレーザ装置５９１に限らず、例えば
ＸｅＣｌエキシマレーザなどのパルスレーザを用いて
も、ＫｒＦエキシマレーザ５７１と異なる波長で、か
つ、ガスの混合比等によって、ＫｒＦエキシマレーザ５
７１よりも長いパルス幅で、さらに、例えば図５８に示
すタイミングで照射すれば、同様の効果が得られる。さ
らに、Ａｒレーザ等の連続発振のレーザ装置を用いても
よい。

【０３７５】なお、上記各実施の形態においては、半導
体としてシリコン（Ｓｉ）を用いた例を示したが、これ
に限らず、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）や、ガリウム
ヒ素（ＧａＡｓ）等のＩＩＩ−Ｖ族半導体、亜鉛セレン
（ＺｎＳｅ）等のＩＩ−ＶＩ族半導体などを用いても、
加熱温度等の条件は必ずしも同一でないが、同様の効果
が得られることは確認されている。さらに、シリコン炭
素（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）など
を用いてもよい。

【０３７６】また、アモルファスシリコン薄膜５２２へ
のレーザビーム５３１ａの照射等は、ガラス基板５２１
側から行ったり、アモルファスシリコン薄膜５２２側お
よびガラス基板５２１側の両方から行うようにするなど
してもよい。

【０３７７】また、ガラス基板５２１に代えて、石英、
またはプラスチックなどの有機材料等の基板を用いた
り、導電性の基板の表面に絶縁膜が形成されたものを用
いるなどしてもよい。

【０３７８】また、予備加熱のためのレーザビーム５３
２ａ等は、アモルファスシリコン薄膜５２２の全ての領
域に対して照射せず、高いＴＦＴ特性が必要な領域につ
いてだけ照射し、他の領域については、従来と同様に、
結晶化用のためのレーザビーム５３１ａ等だけを照射す
るようにしてもよい。

【０３７９】（実施の形態６−１）以下、半導体素子と
しての薄膜トランジスタが液晶表示装置に適用される例
を説明する。

【０３８０】アクティブマトリクス型の液晶表示装置に
おいては、画像表示領域に設けられる薄膜トランジスタ
は、表示画像のむらを低減するために、トランジスタ特
性の均一性を高くする必要がある一方、画像表示領域の
周辺部に配置される駆動回路（ドライバ回路）に用いら
れる薄膜トランジスタは、高い応答性が必要とされる。
しかしながら、特性の均一性と高い応答性とを両立する
ことは、種々の結晶成長方法等が検討されているにもか
かわらず容易ではない。そこで、本実施の形態において
は、基板上に形成された半導体膜（非晶質シリコン層）
の領域毎にレーザの照射方法を異ならせることにより、
それぞれの領域に必要とされる特性が得られるようにし
ている。すなわち、基板の全面、または画像表示領域の
みに対して第１のレーザ光照射を行った後、駆動回路部
領域に対して上記第１のレーザ光照射よりも高いエネル
ギー密度で第２のレーザ光照射を行っている。以下、レ
ーザアニール装置及びレーザアニール方法について図面
を参照しながら具体的に説明する。

【０３８１】この実施の形態で用いられるレーザアニー
ル装置は、基本的には、前記図９で示した従来の装置と
同様の構成を有したものを用いることができる。図９に
おいて、１５１はレーザ発振器、１５２は反射鏡、1５
３は均一化装置、１５４は窓、１５５は非晶質シリコン
層が形成された基板、１５６はステージ、１５７は制御
装置を示している。そして、非晶質シリコン層のレーザ
アニールの際には、レーザ発振器１５１から発振したレ
ーザ光を反射鏡１５２によって均一化装置１５３に導
き、エネルギーの均一な所定の形に整形されたレーザビ
ームを窓１５４を通して処理室内のステージ１５６に固
定された基板１５５に照射するようになっている。ただ
し、制御装置１５７は、基板１５５における所定の領域
ごとに限定してレーザ光を照射し得るとともに、各領域
で照射条件を異ならせるように、制御できるようになっ
ている。

【０３８２】上記レーザアニール装置を用い、まず、均
一化装置１５３を通してビーム断面形状が線状（例えば
幅が３００μｍ、長さが１０ｃｍ）に整形されたレーザ
光を、エネルギー密度が２８０ｍＪ／ｃｍ²になるよう
に、基板１５５を動かしながら、照射領域を部分的に重
ね合わせつつ基板１５５の全面に照射する第１のレーザ
光照射を行う（線状のレーザ光を用いた走査照射）。な
お、このレーザ光の照射は、図６０に示す画像表示領域
１５５ａだけに対して行ってもよい。次に、上記よりも
高い４００ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密度で、駆動回路
部領域１５５ｂ，１５５ｃにレーザ光を照射する第２の
レーザ光照射を行う（線状のレーザ光を用いた走査照
射）。

【０３８３】ここで、上記基板１５５としては、例えば
ガラス基板上にプラズマＣＶＤにより５００Åの膜厚で
非晶質シリコン層を形成した後、４５０℃で１時間の脱
水素処理を行ったものを用いた。また、レーザ光は、例
えば２５ｎｓのパルス幅で、３００Ｈｚのインターバル
で発振するものを用い、基板１５５を所定の速度で移動
させながら、相対的にレーザ光の走査を行った。さら
に、第２のレーザ光照射では、図６１に示すように、照
射領域が３０μｍずつ重ね合わさるように（オーバラッ
プ率が１０％）走査した。この場合、レーザ光が重ねて
照射された継ぎ目の領域と、そうでない領域とで移動度
等の特性にムラが生じるが、同図に示すように、ＴＦＴ
６１０などを継ぎ目にかからないように形成し、継ぎ目
部分は配線パターンなどに使用すれば、ＴＦＴ特性など
のばらつきを小さくすることが容易になる。また、第２
のレーザ光照射では、線状のビーム方向を基板１５５の
各辺に平行な方向（図６０の駆動回路部領域１５５ｂ，
１５５ｃ内に実線で示す方向）にして、各辺に垂直な方
向に走査すれば、照射に要する合計の時間を短くするこ
とができる。このためには、基板１５５が固定されてい
るステージを９０度回転させてレーザ照射を行えばよい
（レーザ光の線状のビーム方向を９０度回転させてもよ
いが、これは一般に困難である。）。

【０３８４】上記第１のレーザ光照射により、画像表示
領域１５５ａに必要とされる半導体膜特性の均一性が保
たれるように結晶化が行われる一方、第２のレーザ光照
射により、駆動回路部領域１５５ｂ，１５５ｃでは、高
い電界効果移動度を得ることができる。すなわち、本発
明者らが種々の照射条件でレーザ光の照射を行ったとこ
ろ、３００ｍＪ／ｃｍ²以上のエネルギー密度で走査照
射を行うと、各走査での照射領域の継ぎ目の部分で電界
効果移動度のムラが発生しやすくなることが判明した。
そこで、上記のように多結晶シリコンの特性における面
内の均一性が求められる画像表示領域１５５ａにおいて
は、３００ｍＪ／ｃｍ²よりも低いエネルギー密度でレ
ーザ光を照射する一方、画素部領域よりも面積が小さ
く、高い電界効果移動度などの特性が必要な駆動回路部
領域１５５ｂ，１５５ｃにおいては、３００ｍＪ／ｃｍ
²よりも高いエネルギー密度でレーザ光を照射すること
により、膜特性の均一性と向上とを両立させなくても、
画像表示領域１５５ａと駆動回路部領域１５５ｂ，１５
５ｃとで、それぞれのニーズに合った、特性の互いに異
なる多結晶シリコン層を形成することができる。

【０３８５】（実施の形態６−２）薄膜トランジスタが
液晶表示装置に適用される他の例を説明する。

【０３８６】この例では、第１のレーザ光照射の際に
は、ビーム断面形状が前記実施の形態６−１と同じく線
状であるのに対して、第２のレーザ光照射の際には、ビ
ーム断面形状が角状である点が異なる。

【０３８７】この実施の形態で用いられるレーザアニー
ル装置は、図９の装置と比べて、図６２に示すように、
均一化装置１５３に代えて、レーザ光のビーム断面形状
を線状に整形する均一化装置Ａ６２１と、角状（例えば
１ｃｍ角）に整形する均一化装置Ｂ６２２とを備えてい
る点が異なる。（なお、図９と同じ構成要素については
同一の符号を付して説明を省略する。）上記レーザアニ
ール装置を用いて、まず図６２（ａ）に示すように、均
一化装置Ａ６２１を通して、基板１５５の全面または画
像表示領域１５５ａのみに対して、均一性の保たれるエ
ネルギー密度２８０ｍＪ／ｃｍ²で線状のレーザ光によ
りレーザーアニールを行う（線状のレーザ光を用いた走
査照射）。その後に、図６２（ｂ）に示すように均一化
装置Ｂ６２２を用い、図６３に示すように、駆動回路部
領域１５５ｂ，１５５ｃの各照射領域６３１，６３２に
対して、エネルギー密度が４００ｍＪ／ｃｍ²の角状の
レーザ光を照射する（角状のレーザ光を用いた走査照
射）。

【０３８８】上記のように、第２のレーザ光照射の際の
レーザ光を角状にする場合には、実施の形態６−１のよ
うに基板１５５を９０度回転させることなく駆動回路部
領域１５５ｂ，１５５ｃのレーザアニールをすることが
できる。したがって、実施の形態６−１と同様に画素部
領域と駆動回路部領域で異なる特性を持つ多結晶シリコ
ンを得ることができるとともに、装置や製造工程の簡素
化を容易に図ることができる。

【０３８９】（実施の形態６−３）前記実施の形態６−
２における第２のレーザ光照射を複数回行うようにして
もよい。すなわち６−２と同様に第２のレーザ光照射の
際に、基板１５５を移動させず、図６３に示すように駆
動回路部領域１５５ｂ，１５５ｃにおける、角型のレー
ザビーム形状に対応した各照射領域６３１，６３２ごと
に、レーザ光の照射場所を固定して静止照射を行うよう
にしてもよく、各照射領域６３１，６３２は、例えばレ
ーザ光が１ｃｍの角状であるのに対して、３０μｍ程度
ずつ重なるようにすると、レーザ光が重ねて照射されて
いない領域における電界効果移動度を大幅に高くするこ
とが容易にできるとともに、領域内での均一性も向上さ
せることができる。ここで、上記のようにレーザ光のエ
ネルギー密度が高い場合には、レーザ光が重ねて照射さ
れた領域と、そうでない領域とで移動度等の特性にムラ
が生じるが、駆動回路部領域１５５ｂ，１５５ｃでは、
画像表示領域１５５ａのような全領域にわたる一様な均
一性は必ずしも必要ではない。すなわち、レーザショッ
トの継ぎ目（レーザビーム端）に半導体膜のパターン
（ＴＦＴパターン）が重ならないように駆動回路を形成
して、継ぎ目部分は配線パターンなどに使用するように
すればよい。つまり、多結晶シリコンの均一な特性を有
する部分のみをＴＦＴの形成等に使用すればよい。ま
た、そのような重ねて照射される領域を使用しない場合
でも、その面積は比較的小さいので、駆動回路部領域１
５５ｂ，１５５ｃの使用効率はあまり低下しない。

【０３９０】また、レーザ光の照射は、各照射領域６３
１，６３２ごとに複数回（例えば３０回など）行うこと
により、一層膜特性を向上させることができる。ここ
で、静止照射回数と得られた多結晶シリコンの移動度と
の関係を図６４に示す。同図から明らかなように、レー
ザの照射回数には適切な範囲が存在し、この範囲より照
射回数が少なくなっても多くなっても移動度は減少す
る。静止照射のエネルギー密度を４００ｍＪ／ｃｍ²と
した場合には、照射回数が５０回以上、好ましくは８０
回から４００回で高い電界効果移動度を有する多結晶シ
リコンを得ることができる。なお、上記のような駆動回
路部領域に対してレーザ光の静止照射を行うことによる
電界効果移動度の向上効果は、線状のレーザ光を用いる
場合でも、角状の場合より少ないが、やはり得られる。

【０３９１】（実施の形態６−４）レーザ光の照射条件
は、上記実施の形態６−１〜６−３のように画像表示領
域１５５ａと駆動回路部領域１５５ｂ，１５５ｃとで異
ならせるだけでなく、さらに多くの領域に分けて異なら
せるようにし、駆動回路部領域内で特性の異なる多結晶
シリコンを形成するなどしてもよい。すなわち、例えば
実施の形態６−３での第２のレーザ光照射の際に、駆動
回路部領域１５５ｂ，１５５ｃにおける、ラッチやシフ
トレジスタのトランスファーゲートが形成される領域
は、高い移動度が必要なので、高いエネルギー密度（例
えば４００ｍＪ／ｃｍ²）で照射し、他の部分は、ノイ
ズや調整ばらつきの軽減による均一性やビームを広げて
照射領域を大きくすることによる生産性の向上を優先さ
せるために３３０ｍＪ／ｃｍ²程度で照射するようにし
てもよい。なお、照射条件の相違としては、照射回数を
異ならせることなどでも、同様の効果が得られる。

【０３９２】（実施の形態６−５）レーザアニール装置
のさらに多の例を説明する。

【０３９３】このレーザアニール装置は、図９の装置に
比べて、図６５に示すように、窓１５４とステージ１５
６との間に、レーザ光の透過率が部分的に異なるマスク
部材６４１を備えている点が異なる。上記マスク部材６
４１は、図６６に示すように、基板１５５の画像表示領
域１５５ａに対応する減衰領域６４１ａと、駆動回路部
領域１５５ｂ，１５５ｃに対応する透過領域６４１ｂと
が形成されて構成されている。具体的には、例えば石英
板に部分的にＮＤフィルタや誘電体多層膜などの光学薄
膜等で覆うことにより、レーザ光の透過率を部分的に所
定の大きさに設定し、画素部でのレーザ光照射エネルギ
ー密度を低下させることができる。

【０３９４】上記のようなレーザアニール装置を用いる
ことにより、例えば線状に整形されたレーザ光を基板全
面に照射するために、レーザビームまたは、マスク部材
６４１およびステージ１５６を動かすとともに、基板全
面をエネルギー密度４００ｍＪ／ｃｍ²で照射すれば、
画像表示領域１５５ａに対しては前記実施の形態６−１
等と同様に２８０ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密度でレー
ザアニールすることができる。すなわち、画素部と駆動
回路部で特性の異なる半導体膜を同時に形成することが
可能になる。

【０３９５】なお、マスク部材６４１は、図６５に示す
ように窓１５４や基板１５５と間を空けて配置するのに
限らず、基板１５５に密着させることにより、レーザ光
照射表面の平坦性を向上させたり、マスク部材６４１と
窓１５４を同一体とするなどしてもよく、また、均一化
装置１５３内に設けたり、さらに、レーザ光強度を減衰
させるのではなく、屈折光学系などによりレーザ光強度
を変化させるものを用いるなどしてもよい。

【０３９６】（実施の形態６−６）画像表示領域におけ
る均一性をさらに向上させることができるレーザアニー
ル装置の例を説明する。

【０３９７】このレーザアニール装置は、図６７に示す
ように、基板１５５の上方に、入射したレーザビームを
散乱させる均一化光学素子６５１が設けられている。こ
れにより、レーザビーム形状に回折等に起因して生じる
光量むらを低減し、また、基板１５５からの反射光がレ
ーザ発振器に戻ることによってレーザパルスが不安定に
なるのを防止することができる。

【０３９８】また、図６８に示すように、散乱性領域６
５２ａと鏡面仕上げなどされた透過領域６５２ｂとを有
する複合均一化光学素子６５２を用い、半導体層におけ
る高い均一性を有する領域と、高い結晶性を有する領域
とを同時に形成し得るようにしてもよい。

【０３９９】なお、上記各実施の形態は、それぞれ上記
のような効果を得ることができるが、作用が矛盾しない
限り、各実施の形態の構成を組み合わせて、それぞれの
作用による効果や相乗的な効果が得られるようにしても
よい。

【０４００】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【０４０１】すなわち、本発明によれば、トランジスタ
を作製すべき領域をより大きな粒径を有する多結晶シリ
コン薄膜とすることができ、電界効果移動度などのトラ
ンジスタ特性を大きく向上させることができ、例えば液
晶表示装置等において大規模な駆動回路を内蔵化できる
などの効果がある。また、絶縁膜として、窒化珪素に酸
素を添加した窒化酸化珪素薄膜を用いることで、膜中の
水素含量の低下と応力の低減ができ、より安定なトラン
ジスタを得ることが可能となる。また、結晶粒径や結晶
方位が制御可能となると共に、結晶成長の過程にある結
晶同士の干渉が防止され、十分な結晶粒径を得ることが
できる。また、本発明によれば、結晶核が周辺部に発生
するタイミングは、従来に較べて早くなる結果、結晶成
長が従来に較べて早く行われるようにすることもでき
る。

【０４０２】また、非単結晶質半導体層の少なくともチ
ャネル領域に、結晶の成長方向をソース領域とドレイン
領域の方向に制御する結晶成長方向制御空隙等の結晶成
長方向制御領域を設ける本発明によると、ソース領域と
ドレイン領域とを結ぶ方向に長い大粒径の結晶粒が形成
されるので、この方向における結晶粒界密度の小さい結
晶質薄膜トランジスタが得られ、このような結晶質薄膜
トランジスタは、電界効果移動度等のＴＦＴ特性に優れ
る。

【０４０３】また、光ビームの強度パターンを適当に調
節する手段により、結晶粒の均一性と結晶化度の向上を
図るので、このような本発明によると、他の回路に悪影
響を与えることなく、基板上の限定された特定部分にの
みにより高い電界効果移動度を有する結晶化領域を形成
することができる。したがって、例えば画素トランジス
タとこれよりも数十倍から数百倍高い移動度が要求され
る駆動回路とを同一基板上に一体的に形成することが可
能である。また、ＣＰＵ等を同一基板上に集積的に形成
することも可能になるので、本発明によると、高性能、
高集積度のＡＭ−ＬＣＤなどを安価に提供できるという
優れた効果が得られる。

【０４０４】また、前駆体半導体膜の吸収率が異なる少
なくとも２種類のエネルギビームを照射することによ
り、前駆体半導体膜が、その厚さ方向にわたって加熱さ
れるとともに、基板も加熱されるので、前駆体半導体膜
は、徐冷されながら、結晶化する。それゆえ、結晶成長
が促進され、比較的大きな結晶粒が形成されるととも
に、結晶欠陥が減少し、半導体膜の電気的特性が向上す
るという効果を奏する。しかも、ヒータなどを用いる場
合に比べて、短時間で基板を加熱することができるの
で、生産性を向上させることもできる。

【０４０５】また、基板面内に半導体膜の特性の高い領
域と特性の均一性の高い領域の異なる特徴をもった複数
の領域を形成することが可能であり、これにより、例え
ば周辺駆動回路を内蔵した液晶パネル用薄膜トランジス
タアレイにおいて、回路部に必要な高い特性と画素部に
必要な高い均一性を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アモルファスシリコン薄膜の透過率特性を示す
グラフ

【図２】従来の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の概略を示
す平面図、断面図

【図３】従来のポリシリコン薄膜の製造方法を示す説明
図

【図４】従来技術にかかる平坦な光強度分布をもった光
ビームの強度パターンを示す図

【図５】従来技術における結晶化領域内の結晶化度の不
均一性を示す模式図

【図６】図５のＡ−Ａ線部分におけるラマン強度曲線

【図７】平坦な光強度分布をもった光ビームを用いた場
合における結晶化の進行状況を説明するための説明図

【図８】従来方式によるレーザ光照射での多結晶化の原
理を示す説明図

【図９】従来のレーザアニール装置の概略図

【図１０】液晶ディスプレイのレーザアニール領域を示
す説明図

【図１１】結晶成長方向制御空隙を設けたａ−Ｓｉ膜に
おける結晶成長方向を示す説明図

【図１２】実施の形態１−１の多結晶化の原理を示す説
明図

【図１３】実施の形態１−１の多結晶シリコン薄膜の結
晶化度合いを示すグラフ

【図１４】実施の形態１−２のＴＦＴの平面図、断面図

【図１５】実施の形態１−３のＴＦＴの平面図、断面図

【図１６】実施の形態２−１のＴＦＴの平面図、断面図

【図１７】実施の形態２−２のＴＦＴの平面図、断面図

【図１８】実施の形態２−１のＴＦＴの製造工程を示す
説明図

【図１９】実施の形態２−２のＴＦＴの製造工程を示す
説明図

【図２０】実施の形態３−１のＴＦＴの構成を示す平面
図、断面図（図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）は図
２０（ａ）のＡ−Ａ’断面図）

【図２１】実施の形態３−１の図２０（ａ）のＢ−Ｂ’
断面図

【図２２】実施の形態３−１のＴＦＴの製造工程を示す
説明図

【図２３】実施の形態３−２のＴＦＴの構成を示す平面
図、断面図（図２３（ａ）は平面図、図２３（ｂ）は図
２３（ａ）のＣ−Ｃ’断面図）

【図２４】実施の形態３−２の図２３（ａ）のＤ−Ｄ’
断面図

【図２５】実施の形態３−２のＴＦＴの製造工程を示す
説明図

【図２６】実施の形態３−３のＴＦＴの構成を示す平面
図

【図２７】実施の形態３−１〜３の変形例の結晶成長方
向制御空隙を有するＴＦＴの構成を示す平面図

【図２８】実施の形態３−１〜３の他の変形例の結晶成
長方向制御空隙を有するＴＦＴの構成を示す断面図

【図２９】光強度勾配を有する光ビームを用いた場合に
おける結晶化の進行状況を説明するための図

【図３０】光強度勾配を有する光ビームを移動しながら
照射した様子を模式的に表した図

【図３１】光強度勾配を有する光ビームを作製するため
のフィルタの光透過特性を示す図

【図３２】相対的に光強度の強い部分と相対的に光強度
の弱い部分とが平面的に交互に配列された光ビームを用
いた場合における結晶化の進行状況を説明するための図

【図３３】図３２ａに示した分布パターンを有する光ビ
ームを移動しながら照射した様子を模式的に表した図

【図３４】図３２に示した光ビームを作製するためのフ
ィルタの光透過特性を示す図

【図３５】相対的に光強度の強い部分と相対的に光強度
の弱い部分とが平面的に交互に配列された光ビームの他
の態様における光強度分布パターンを示す図

【図３６】図３５に示す光強度分布パターンを光干渉に
より作りだす原理を示す模式図

【図３７】図３５の光ビームを用いた場合における結晶
化の進行状況を説明するための図

【図３８】明線部と暗線部が波動する動的な干渉パター
ンから光ビームの作製方法を説明するための模式図

【図３９】光の干渉パターンが薄膜の厚み方向に形成さ
れた様子をを示す模式図

【図４０】光照射により昇温した薄膜から周囲へ熱が流
れていく様子を示す図

【図４１】光照射時における雰囲気圧力及び照射回数と
結晶化度（ラマン強度）との関係を示す図

【図４２】エキシマレーザを用いて結晶化を行っている
様子を示す模式図

【図４３】レーザアニールにおける雰囲気圧力と結晶化
度との関係を調べるための実験装置を示す図

【図４４】実施の形態５−１のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図

【図４５】実施の形態５−１、２のポリシリコン薄膜の
ラマン散乱測定結果を示すグラフ

【図４６】実施の形態５−２のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図

【図４７】ガラスの透過率特性を示すグラフ

【図４８】実施の形態５−３の微結晶シリコン薄膜が形
成されたガラス基板の構成を示す斜視図

【図４９】実施の形態５−３のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図

【図５０】各実施の形態５−３〜９のＴＦＴの特性を示
すグラフ

【図５１】実施の形態５−３のポリシリコン薄膜の他の
製造方法を示す説明図

【図５２】実施の形態５−４のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図

【図５３】実施の形態５−５のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図

【図５４】実施の形態５−６、７のポリシリコン薄膜の
製造方法を示す説明図

【図５５】実施の形態５−７の加熱温度と結晶粒径との
関係を示すグラフ

【図５６】実施の形態５−７の加熱温度と電界効果移動
度との関係を示すグラフ

【図５７】実施の形態５−８のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図

【図５８】実施の形態５−８の照射タイミングを示す説
明図

【図５９】実施の形態５−９のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図

【図６０】実施の形態６−１における液晶ディスプレイ
のレーザ光の照射領域を示す説明図

【図６１】実施の形態６−１におけるレーザ光の照射方
法を示す説明図

【図６２】実施の形態６−２におけるレーザアニール装
置の概略図

【図６３】実施の形態６−２、３におけるレーザ光の照
射領域を示す説明図

【図６４】実施の形態６−３におけるレーザ照射回数に
対する移動度の依存性を示すグラフ

【図６５】実施の形態６−５におけるレーザアニール装
置の概略図

【図６６】実施の形態６−５のマスク部材の構成を示す
平面図

【図６７】実施の形態６−６のレーザアニール方法を示
す説明図

【図６８】実施の形態６−６の他のレーザアニール方法
を示す説明図

【符号の説明】

１５１ レーザ発振器 １５２ 反射鏡 １５３ 均一化装置 １５４ 窓 １５５ 基板 １５５ａ 画像表示領域 １５５ｂ，１５５ｃ 駆動回路部領域 １５６ ステージ １５７ 制御装置 １５８ 画像表示領域 １５９ 周辺回路部 ２０１ 透明絶縁性基板 ２０２ 下層絶縁膜 ２０３ 上層絶縁膜 ２０４ 非晶質シリコン薄膜 ２０５ ゲート絶縁膜 ２０６ ソース電極膜 ２０７ ドレイン電極膜 ２０８ ゲート電極膜 ２１０ 多結晶シリコン薄膜 ２１０ａ 小結晶粒領域 ２１０ｂ 大結晶粒領域 ３０１ 絶縁性基板 ３０２ アンダーコート層 ３０３ 半導体層 ３０３ａ 突起部 ３０３ｄ ドレイン領域 ３０３ｓ ソース領域 ３０４ 第１の絶縁層 ３０５ ゲート電極 ３０６ 第２の絶縁層 ３０７ｄ ドレイン電極 ３０７ｓ ソース電極 ３０８ レジスト ４０１ 絶縁性基板 ４０２ アンダーコート層 ４０３ ｐ−Ｓｉ膜 ４０３ａ チャネル領域 ４０３ｂ ソース領域 ４０３ｃ ドレイン領域 ４０４ 第１の絶縁膜 ４０５ ゲート電極 ４０６ 第２の絶縁膜 ４０７ｄ ドレイン電極 ４０７ｓ ソース電極 ４０８ コンタクトホール ４１０ ＴＦＴ ４１１ 結晶成長方向制御空隙 ４１３ ａ−Ｓｉ膜 ４１４ レジストマスク ４２０ ＴＦＴ ４２１ 早期結晶化領域 ４３０ ＴＦＴ ４３１ 結晶成長方向制御空隙 ５２１ ガラス基板 ５２２ アモルファスシリコン薄膜 ５２３ ポリシリコン薄膜 ５２４ 微結晶シリコン薄膜 ５３１ エキシマレーザ ５３１ａ，５３２ａ レーザビーム ５３１ｂ，５３２ｂ 照射領域 ５３２ レーザ ５３３ ハーフミラー ５３４ 赤外線ランプ ５３４ａ 赤外線 ５３５ 基板ステージ ５４１ チャンバ ５４１ａ 照射窓 ５４２ 白熱ランプ ５４２ａ 白熱光 ５４３ レーザ光減衰器 ５４４ ホモジナイザ（レーザ光均一化装置） ５４５ 反射鏡 ５５１ エキシマランプ ５５１ａ エキシマランプ光 ５５１ｂ 照射領域 ５５２ 凹面反射鏡 ５６１ ヒータ ５７１ ＫｒＦエキシマレーザ ５７１ａ レーザビーム ５７１ｂ 照射領域 ５７２ 波長選択性反射板 ５８１ フラッシュランプ ５８１ａ フラッシュランプ光 ５８１ｂ 照射領域 ５９１ ＹＡＧレーザ装置 ５９１ａ レーザビーム ５９１ｂ 照射領域 ５９２ 反射板 ６０７ 制御装置 ６１０ ＴＦＴ ６２１ 均一化装置Ａ ６２２ 均一化装置Ｂ ６３１，６３２ 照射領域 ６４１ マスク部材 ６４１ａ 減衰領域 ６４１ｂ 透過領域 ６５１ 均一化光学素子 ６５２ 複合均一化光学素子 ６５２ａ 散乱性領域 ６５２ｂ 透過領域 ７０１ 温度分布曲線 ７０２ 結晶化温度ライン ７０３ 薄膜断面 ７０４ 結晶 ７１１ 照射面 ７１２ 照射面 ７１３ 重複照射領域 ７２１ Ｈ領域 ７２２ Ｌ領域 ７２３ 結晶化温度ライン ７２４ 結晶核 ７２５ 薄膜断面 ７２６ 中央部付近 ７３１ 照射面位置 ７３２ 照射面位置 ７３３ 重複照射領域 ８０１，８０２ 光ビーム ９０１ 曲線 ９０２ 結晶化温度線 ９０３ 結晶核 １１０１ 薄膜 １１０２ 下地層 １１０３ ガラス基板 １２００ 照射面 １２０１ 薄膜 １２０２ 下地層 １２０３ 基板 １４００ 光ビーム照射装置 １４０１ レーザ光発生器 １４０２ ミラー １４０３ ビームホモジナイザー １４０４ 領域 １４１０ 被照射体 １４１１ ガラス基板 １４１２ 非単結晶質シリコン膜 １４１３ 下地層 １５００ 気密容器 １５０１ 窓 １５０２ 水素ガスボンベ １５０３ アモルファスシリコン層 １５１０ レーザ照射装置 １５１１ エキシマレーザ光発生器 １５１２ ミラー １５１３ ビームホモジナイザー １７０１ 境界 １７０２ 境界付近 １７０３ 斜線部 １７０４ 中央部 １９０１ 温度分布曲線 １９０２ 結晶化温度線 １９０３ 結晶核

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平10−67993 (32)優先日 平成10年３月18日(1998．3．18) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平10−138318 (32)優先日 平成10年５月20日(1998．5．20) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平10−163130 (32)優先日 平成10年６月11日(1998．6．11) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 佐谷 裕司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 武富 義尚 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 筒 博司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西谷 輝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西谷 幹彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 後藤 真志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 美濃 美子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (97)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、第１の熱伝導率を有する第１の
   絶縁膜と、上記第１の熱伝導率と異なる第２の熱伝導率
   を有し、部分的な領域に選択的に形成された第２の絶縁
   膜とを積層する工程と、 上記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜上に非単結晶半導
   体薄膜を積層する工程と、 上記非単結晶半導体薄膜にエネルギビームを照射して結
   晶成長させる工程とを有することを特徴とする半導体薄
   膜の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１の半導体薄膜の製造方法であっ
   て、 上記基板上に上記第１の絶縁膜を積層した後に、上記第
   ２の絶縁膜を積層するとともに、 上記第２の熱伝導率を上記第１の熱伝導率よりも低く設
   定することを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
3. 【請求項３】請求項２の半導体薄膜の製造方法であっ
   て、 上記第１の絶縁膜が、窒化珪素化合物と窒化酸化珪素化
   合物とのうちの何れか一方から成り、 上記第２の絶縁膜が、酸化珪素化合物から成ることを特
   徴とする半導体薄膜の製造方法。
4. 【請求項４】基板上に、第１の熱伝導率を有する第１の
   絶縁膜と、上記第１の熱伝導率と異なる第２の熱伝導率
   を有し、部分的な領域に選択的に形成された第２の絶縁
   膜とを積層する工程と、 上記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜上に非単結晶半導
   体薄膜を積層する工程と、 上記非単結晶半導体薄膜にエネルギビームを照射して結
   晶成長させる工程と、 上記結晶成長した半導体薄膜における、上記第１の絶縁
   膜と上記第２の絶縁膜とのうちの熱伝導率が高い方に対
   応する領域を用いて半導体素子を形成する工程とを有す
   ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
5. 【請求項５】請求項４の半導体素子の製造方法であっ
   て、 上記結晶成長した半導体薄膜における、上記第１の絶縁
   膜と上記第２の絶縁膜とのうちの熱伝導率が低い方に対
   応する領域を除去し、残った領域を用いて半導体素子を
   形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
6. 【請求項６】請求項４の半導体素子の製造方法であっ
   て、 上記基板上に上記第１の絶縁膜を積層した後に、上記第
   ２の絶縁膜を積層するとともに、 上記第２の熱伝導率を上記第１の熱伝導率よりも低く設
   定することを特徴とする半導体素子の製造方法。
7. 【請求項７】請求項６の半導体素子の製造方法であっ
   て、 上記第１の絶縁膜が、窒化珪素化合物と窒化酸化珪素化
   合物とのうちの何れか一方から成り、 上記第２の絶縁膜が、酸化珪素化合物から成ることを特
   徴とする半導体素子の製造方法。
8. 【請求項８】請求項４の半導体素子の製造方法であっ
   て、 上記第２の絶縁膜を、ストライプ状にパターニングされ
   た領域に選択的に形成することを特徴とする半導体素子
   の製造方法。
9. 【請求項９】請求項８の半導体素子の製造方法であっ
   て、 上記エネルギビームの照射を、上記第２の絶縁膜のスト
   ライプ状パターンにおける長手方向に走査しながら行う
   とともに、 上記走査方向がほぼ電流経路の方向と一致するように、
   上記半導体素子の形成を行うことを特徴とする半導体素
   子の製造方法。
10. 【請求項１０】基板上と、 上記基板上に積層され、第１の熱伝導率を有する第１の
    絶縁膜、および上記第１の熱伝導率と異なる第２の熱伝
    導率を有し、部分的な領域に選択的に形成された第２の
    絶縁膜と、 上記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜上に積層された非
    単結晶半導体薄膜がエネルギビームの照射により結晶成
    長した半導体薄膜とを有する半導体素子であって、 上記結晶成長した半導体薄膜における、上記第１の絶縁
    膜と上記第２の絶縁膜とのうちの熱伝導率が高い方に対
    応する領域が、電流経路中に設けられていることを特徴
    とする半導体素子。
11. 【請求項１１】請求項１０の半導体素子であって、 上記結晶成長した半導体薄膜における上記領域を複数有
    し、 上記各領域が、それぞれ、並列に電流が流れる複数の電
    流経路中に設けられていることを特徴とする半導体素
    子。
12. 【請求項１２】非単結晶半導体薄膜がエネルギビームの
    照射により結晶成長した半導体薄膜であって、 上記半導体薄膜の周縁部に、上記半導体薄膜と同一平面
    内で外方に延びた突起部が形成されていることを特徴と
    する半導体薄膜。
13. 【請求項１３】請求項１２の半導体薄膜であって、 上記突起部は、上記エネルギビームの照射による結晶成
    長時に、１つの結晶核が発生する大きさに形成されてい
    ることを特徴とする半導体薄膜。
14. 【請求項１４】請求項１３の半導体薄膜であって、 上記突起部は、突出方向の突出長さが、上記半導体薄膜
    の膜厚以上、かつ、３μｍ以下に形成されていることを
    特徴とする半導体薄膜。
15. 【請求項１５】請求項１３の半導体薄膜であって、 上記突起部は、突出方向と直交する幅方向の長さが、半
    導体薄膜の膜厚以上、かつ、３μｍ以下に形成されてい
    ることを特徴とする半導体薄膜。
16. 【請求項１６】請求項１２の半導体薄膜であって、 上記半導体薄膜は、対向する１対の辺を有する形状に形
    成され、 上記対向する辺にそれぞれ複数の上記突起部が形成され
    るとともに、 上記各辺に形成された互いに隣り合う上記突起部の間隔
    が、上記対向する辺の間隔にほぼ等しくなるように設定
    されていることを特徴とする半導体薄膜。
17. 【請求項１７】非単結晶半導体薄膜がエネルギビームの
    照射により結晶成長した半導体薄膜を有する半導体素子
    であって、 上記半導体薄膜の周縁部に、上記半導体薄膜と同一平面
    内で外方に延びた突起部が形成されていることを特徴と
    する半導体素子。
18. 【請求項１８】請求項１７の半導体素子であって、 上記半導体薄膜により形成されたソース領域とゲート領
    域とドレイン領域とを有する薄膜トランジスタが形成さ
    れるとともに、 上記突起部は、少なくとも上記ゲート領域の周縁部に形
    成されていることを特徴とする半導体素子。
19. 【請求項１９】基板上に、非単結晶半導体薄膜であっ
    て、その非単結晶半導体薄膜と同一平面内で外方に延び
    た突起部を有する非単結晶半導体薄膜を形成する工程
    と、 上記非単結晶半導体薄膜をエネルギビームの照射により
    結晶成長させる工程とを有することを特徴とする半導体
    薄膜の製造方法。
20. 【請求項２０】請求項１９の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 上記エネルギービームが、レーザー光、電子ビーム、イ
    オンビームのうちの少なくとも何れか一つを含むことを
    特徴とする半導体薄膜の製造方法。
21. 【請求項２１】請求項２０の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 上記エネルギービームが、エキシマレーザー光を含むこ
    とを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
22. 【請求項２２】非単結晶半導体薄膜をアニール処理によ
    り結晶化させる半導体薄膜の製造方法であって、 上記非単結晶半導体薄膜の周辺部における結晶核を中央
    部における結晶核よりも早い時期に発生させ、その後、
    前記周辺部に発生した前記結晶核を、前記中央部におい
    て結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、中央部に
    向けて結晶成長させることを特徴とする半導体薄膜の製
    造方法。
23. 【請求項２３】請求項２２の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 アニール処理された半導体薄膜において、周辺部を中央
    部よりも早く冷却させることにより、半導体薄膜の周辺
    部における結晶核を中央部における結晶核よりも早い時
    期に発生させることを特徴とする半導体薄膜の製造方
    法。
24. 【請求項２４】請求項２３の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 周辺部は略突起形状を有する周縁を含み、周縁部におけ
    るアニール処理により発生して蓄積された熱の上記半導
    体薄膜と平行な面方向における逃げ方向を複数の方向と
    なし、以て、周辺部を中央部に較べて早く冷却させるこ
    とを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
25. 【請求項２５】非単結晶半導体薄膜をアニール処理によ
    り結晶化させた半導体薄膜を有する半導体素子であっ
    て、 上記非単結晶半導体薄膜の周辺部における結晶核を中央
    部における結晶核よりも早い時期に発生させ、その後、
    前記周辺部に発生した前記結晶核を、前記中央部におい
    て結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、中央部に
    向けて結晶成長させた半導体薄膜を有する半導体素子。
26. 【請求項２６】チャネル領域と、前記チャネル領域の両
    側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを有
    する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる半導体素
    子において、 前記結晶質半導体層は、非単結晶質薄膜を結晶化してな
    るものであり、 前記結晶質半導体層の少なくともチャネル領域には、結
    晶成長方向を制御する結晶成長方向制御空隙が設けられ
    ていることを特徴とする半導体素子。
27. 【請求項２７】請求項２６の半導体素子であって、 前記結晶成長方向制御空隙は、ソース領域とドレイン領
    域とを結ぶ方向に溝状の空隙が、２列以上設けられて構
    成されていることを特徴とする半導体素子。
28. 【請求項２８】請求項２６の半導体素子であって、 前記結晶成長方向制御空隙が、ソース領域とドレイン領
    域とを結ぶ方向に不連続的に複数設けられていることを
    特徴とする半導体素子。
29. 【請求項２９】チャネル領域と、前記チャネル領域の両
    側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを有
    する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる半導体素
    子において、 前記結晶質半導体層は、非単結晶質薄膜を結晶化してな
    るものであり、 少なくともチャネル領域には、チャネル領域本体部に比
    較して結晶化開始温度が高い早期結晶化領域が設けられ
    ていることを特徴とする半導体素子。
30. 【請求項３０】請求項２９の半導体素子であって、 前記早期結晶化領域は、ソース領域とドレイン領域とを
    結ぶ方向に長い形状であることを特徴とする半導体素
    子。
31. 【請求項３１】請求項２９の半導体素子であって、 前記早期結晶化領域は、チャネル領域本体部を構成する
    成分に不純物を含ませてなるものであることを特徴とす
    る半導体素子。
32. 【請求項３２】請求項２６の半導体素子であって、 前記結晶質半導体層は、シリコン、またはシリコンとゲ
    ルマニウムの化合物を主成分とするものであることを特
    徴とする半導体素子。
33. 【請求項３３】チャネル領域と、前記チャネル領域の両
    側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを有
    する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる半導体素
    子の製造方法において、少なくとも、 絶縁性基板の上に非単結晶質薄膜を堆積する工程と、 前記非単結晶質薄膜に、結晶成長方向制御空隙を形成す
    る工程と、 結晶成長方向制御空隙が形成された非単結晶質半導体薄
    膜に、エネルギービームを照射して当該薄膜を結晶化す
    る工程と、 を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
34. 【請求項３４】請求項３３の半導体素子の製造方法であ
    って、 前記結晶成長方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領
    域とを結ぶ方向に溝状に形成することを特徴とする半導
    体素子の製造方法。
35. 【請求項３５】請求項３３の半導体素子の製造方法であ
    って、 前記結晶成長方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領
    域とを結ぶ方向に不連続的に複数形成することを特徴と
    する半導体素子の製造方法。
36. 【請求項３６】チャネル領域と、前記チャネル領域の両
    側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを有
    する結晶質半導体層が形成されてなる半導体素子の製造
    方法において、少なくとも絶縁性基板の上に非単結晶質
    薄膜を堆積する工程と、 前記非単結晶質半導体薄膜の一部に、当該部分の結晶化
    開始温度を高める不純物をイオン注入して不純物を含む
    早期結晶化領域を形成する早期結晶化領域形成工程と、 前記早期結晶化領域形成工程の後、エネルギービームを
    照射して当該薄膜の結晶化を行う工程と、 を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
37. 【請求項３７】請求項３６の半導体素子の製造方法であ
    って、 前記早期結晶化領域形成工程において、前記ソース領域
    と前記ドレイン領域とを結ぶ方向に長い帯状の早期結晶
    化領域を形成することを特徴とする半導体素子の製造方
    法。
38. 【請求項３８】請求項３６の半導体素子の製造方法であ
    って、 前記早期結晶化領域が、前記ソース領域と前記ドレイン
    領域とを結ぶ方向に不連続的に配置することを特徴とす
    る半導体素子の製造方法。
39. 【請求項３９】請求項３３の半導体素子の製造方法であ
    って、 前記エネルギービームが、エキシマレーザビームである
    ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
40. 【請求項４０】基板上に形成された非単結晶質からなる
    薄膜に光ビームを照射することにより、前記非単結晶質
    を結晶化または再結晶化して結晶質半導体薄膜となす半
    導体薄膜の製造方法において、 上記光ビームとして、被照射面である前記薄膜表面に温
    度勾配若しくは温度分布の不均一が生じるように、光エ
    ネルギー強度の分布パターンが調節された光ビームを用
    い、上記光ビームを静止状態で照射することを特徴とす
    る半導体薄膜の製造方法。
41. 【請求項４１】請求項４０の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 前記光エネルギー強度の分布パターンは、ビーム幅内に
    おける光強度が一方から他方へ単調に増加しまたは一方
    から他方へ単調に減少する分布パターンであることを特
    徴とする半導体薄膜の製造方法。
42. 【請求項４２】請求項４０の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 前記光エネルギー強度の分布パターンは、ビーム幅内に
    おいて相対的に光強度の強い部分と相対的に光強度の弱
    い部分とが平面的に交互に配列された分布パターンであ
    ることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
43. 【請求項４３】請求項４２の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 前記光エネルギー強度の分布パターンは、少なくとも２
    つのそれぞれコヒーレントな光を同時に照射して光干渉
    を生じさせることにより形成されたものであることを特
    徴とする半導体薄膜の製造方法。
44. 【請求項４４】請求項４２の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 前記エネルギー強度の分布パターンは、少なくとも２つ
    のそれぞれコヒーレントな光を同時に照射し、かつ前記
    光の少なくとも１つの光の位相を動的に変調することに
    より形成した波動的な干渉パターンであることを特徴と
    する半導体薄膜の製造方法。
45. 【請求項４５】基板上に形成された非単結晶質からなる
    薄膜に光ビームを照射し、しかる後放熱して、前記非単
    結晶質を結晶化または再結晶化する結晶質半導体薄膜の
    作製方法において、 前記作製方法は、周囲雰囲気圧力を一定値以上に保つこ
    とにより、光ビームの照射された薄膜面に不均一な温度
    分布を生じさせることを特徴とする半導体薄膜の製造方
    法。
46. 【請求項４６】請求項４５の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 前記一定値以上の雰囲気圧力は、雰囲気ガスが水素ガス
    のとき、１０-5ｔｏｒｒ以上である半導体薄膜の製造方
    法。
47. 【請求項４７】基板上に形成された前駆体半導体膜に、
    少なくとも、上記前駆体半導体膜を結晶化させ得るエネ
    ルギを上記前駆体半導体膜に与える第１のエネルギビー
    ムと、上記第１のエネルギビームより上記前駆体半導体
    膜の吸収率が小さく、かつ、上記前駆体半導体膜を結晶
    化させ得るエネルギよりも小さいエネルギを上記前駆体
    半導体膜に与える第２のエネルギビームとを照射して、
    上記前駆体半導体膜を結晶化させる工程を有することを
    特徴とする半導体膜の製造方法。
48. 【請求項４８】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であること
    を特徴とする半導体膜の製造方法。
49. 【請求項４９】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
    収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数以上で
    あるとともに、 上記第２のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
    収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数以下で
    あることを特徴とする半導体膜の製造方法。
50. 【請求項５０】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
    収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚の逆数のほぼ１０
    倍以上であるとともに、 上記第２のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
    収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数である
    ことを特徴とする半導体膜の製造方法。
51. 【請求項５１】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムは、互いに波長の異なる光であることを特徴とする半
    導体膜の製造方法。
52. 【請求項５２】請求項５１の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、単波長のエネルギビーム
    であるとともに、 上記第２のエネルギビームは、少なくとも可視光領域の
    波長成分を含む光であることを特徴とする半導体膜の製
    造方法。
53. 【請求項５３】請求項５２の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、レーザ光であるととも
    に、 上記第２のエネルギビームは、赤外線ランプであること
    を特徴とする半導体膜の製造方法。
54. 【請求項５４】請求項５２の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、レーザ光であるととも
    に、 上記第２のエネルギビームは、白熱光であることを特徴
    とする半導体膜の製造方法。
55. 【請求項５５】請求項５２の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、レーザ光であるととも
    に、 上記第２のエネルギビームは、エキシマランプ光である
    ことを特徴とする半導体膜の製造方法。
56. 【請求項５６】請求項５１の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第２のエネルギビームは、少なくとも可視光領域か
    ら紫外光領域の波長成分を含む光であることを特徴とす
    る半導体膜の製造方法。
57. 【請求項５７】請求項５６の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、レーザ光であるととも
    に、 上記第２のエネルギビームは、キセノンフラッシュラン
    プ光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
58. 【請求項５８】請求項５１の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギービーム、および第２のエネルギビ
    ームは、レーザ光であることを特徴とする半導体膜の製
    造方法。
59. 【請求項５９】請求項５８の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第１のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
    レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
    素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
    ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第２のエネルギビームは、アルゴンレーザのレーザ
    光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
60. 【請求項６０】請求項５８の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記基板はガラス基板であり、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第１のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
    レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
    素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
    ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第２のエネルギビームは、炭酸ガスレーザのレーザ
    光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
61. 【請求項６１】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムは、上記前駆体半導体膜における帯状の領域に照射す
    ることを特徴とする半導体膜の製造方法。
62. 【請求項６２】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第２のエネルギビームにおける上記前駆体半導体膜
    への照射領域は、上記第１のエネルギビームにおける上
    記前駆体半導体膜への照射領域よりも大きく、かつ、上
    記第１のエネルギビームの照射領域を含む領域であるこ
    とを特徴とする半導体膜の製造方法。
63. 【請求項６３】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムは、上記前駆体半導体膜にほぼ垂直に入射するように
    照射することを特徴とする半導体膜の製造方法。
64. 【請求項６４】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 第２のエネルギビームは、少なくとも、上記第１のエネ
    ルギビームを照射するのに先立って照射することを特徴
    とする半導体膜の製造方法。
65. 【請求項６５】請求項６４の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記前駆体半導体膜の形成された基板を移動させるとと
    もに、上記第２のエネルギビームは、上記前駆体半導体
    膜における上記第１のエネルギビームの照射位置より
    も、上記移動方向前方側の位置に照射することを特徴と
    する半導体膜の製造方法。
66. 【請求項６６】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、間欠的に照射する一方、 上記第２のエネルギビームは、連続的に照射することを
    特徴とする半導体膜の製造方法。
67. 【請求項６７】請求項６６の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、パルス発振のレーザ光で
    ある一方、 上記第２のエネルギビームは、連続発振のレーザ光であ
    ることを特徴とする半導体膜の製造方法。
68. 【請求項６８】請求項６６の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、パルス発振のレーザ光で
    ある一方、 上記第２のエネルギビームは、ランプの光であることを
    特徴とする半導体膜の製造方法。
69. 【請求項６９】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムは、互いに同期させて、間欠的に照射することを特徴
    とする半導体膜の製造方法。
70. 【請求項７０】請求項６９の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームを照射する期間は、上記第２
    のエネルギビームを照射する期間内で、かつ、上記第２
    のエネルギビームの照射周期の３分の２以下の期間であ
    ることを特徴とする半導体膜の製造方法。
71. 【請求項７１】請求項６９の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムは、パルス発振のレーザ光であることを特徴とする半
    導体膜の製造方法。
72. 【請求項７２】請求項６９の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、パルス発振のレーザ光で
    ある一方、 上記第２のエネルギビームは、間欠的に点灯されるラン
    プの光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
73. 【請求項７３】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムは、上記前駆体半導体膜が３００℃以上１２００℃以
    下の温度に加熱されるように照射することを特徴とする
    半導体膜の製造方法。
74. 【請求項７４】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムは、上記前駆体半導体膜が６００℃以上１１００℃以
    下の温度に加熱されるように照射することを特徴とする
    半導体膜の製造方法。
75. 【請求項７５】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、さらに、 上記前駆体半導体膜の形成された基板をヒータにより加
    熱する工程を有することを特徴とする半導体膜の製造方
    法。
76. 【請求項７６】請求項７５の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記前駆体半導体膜の形成された基板が３００℃以上６
    ００℃以下の温度になるように加熱することを特徴とす
    る半導体膜の製造方法。
77. 【請求項７７】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜にお
    ける複数の領域に照射するとともに、 上記第２のエネルギビームは、上記複数の領域の一部に
    ついてだけ照射することを特徴とする半導体膜の製造方
    法。
78. 【請求項７８】請求項４７の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第２のエネルギビームは、上記基板における吸収率
    が、上記上記前駆体半導体膜における吸収率よりも大き
    いことを特徴とする半導体膜の製造方法。
79. 【請求項７９】請求項７８の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記第１のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
    収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚の逆数のほぼ１０
    倍以上であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
80. 【請求項８０】請求項７８の半導体膜の製造方法であっ
    て、 上記基板はガラス基板であり、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第１のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
    レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
    素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
    ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第２のエネルギビームは、炭酸ガスレーザのレーザ
    光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
81. 【請求項８１】基板上に形成された前駆体半導体膜を結
    晶化させる半導体膜の製造装置であって、 第１のエネルギビームを照射する第１の照射手段と、 上記第１のエネルギビームより上記前駆体半導体膜の吸
    収率が小さい第２のエネルギビームとを照射する第２の
    照射手段とを備えたことを特徴とする半導体膜の製造装
    置。
82. 【請求項８２】請求項８１の半導体膜の製造装置であっ
    て、 上記第２の照射手段は、放射状に第２のエネルギビーム
    を発するランプであるとともに、 さらに、上記第２のエネルギビームを集光する凹面反射
    鏡を備えたことを特徴とする半導体膜の製造装置。
83. 【請求項８３】請求項８１の半導体膜の製造装置であっ
    て、 さらに、上記第１のエネルギビームと第２のエネルギビ
    ームとのうち、いずれか一方を反射する一方、他方を透
    過させる反射板を備え、 上記第１のエネルギビーム、および第２のエネルギビー
    ムを、何れも上記前駆体半導体膜にほぼ垂直に入射させ
    るように構成されていることを特徴とする半導体膜の製
    造装置。
84. 【請求項８４】請求項８１の半導体膜の製造装置であっ
    て、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第１の照射手段は、アルゴンフッ素エキシマレー
    ザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩素エ
    キシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレーザの
    うちの何れかであるとともに、 上記第２の照射手段は、アルゴンレーザであることを特
    徴とする半導体膜の製造装置。
85. 【請求項８５】請求項８１の半導体膜の製造装置であっ
    て、 上記基板はガラス基板であり、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第１のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
    レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
    素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
    ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第２のエネルギビームは、炭酸ガスレーザのレーザ
    光であることを特徴とする半導体膜の製造装置。
86. 【請求項８６】画像表示領域と駆動回路部領域とを有す
    る基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギビ
    ームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄膜
    の製造方法であって、 上記画像表示領域への第１の照射は、ビームの断面形状
    が線状のエネルギビームを用いて行う一方、 上記駆動回路部領域への第２の照射は、ビームの断面形
    状が角状のエネルギビームを用い、かつ、上記第１の照
    射よりも高いエネルギ密度で行うことを特徴とする半導
    体薄膜の製造方法。
87. 【請求項８７】画像表示領域と駆動回路部領域とを有す
    る基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギビ
    ームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄膜
    の製造方法であって、 上記画像表示領域への第１の照射は、上記基板に対して
    相対的にエネルギビームを走査し、エネルギビームの照
    射領域を所定のオーバラップ量でずらしながら照射する
    走査照射である一方、 上記駆動回路部領域への第２の照射は、上記基板に対し
    て相対的にエネルギビームを固定して行う静止照射で、
    かつ、上記第１の照射よりも高いエネルギ密度で行うこ
    とを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
88. 【請求項８８】請求項８７の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 上記第２の照射は、上記基板に対して相対的にエネルギ
    ビームを固定した状態で、複数回行うことを特徴とする
    半導体薄膜の製造方法。
89. 【請求項８９】画像表示領域と駆動回路部領域とを有す
    る基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギビ
    ームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄膜
    の製造方法であって、 上記画像表示領域と、上記駆動回路部領域における所定
    の複数の領域とに対して、それぞれ互いに異なるエネル
    ギ密度で、かつ、上記画像表示領域よりも上記駆動回路
    部領域のほうが高いエネルギ密度で、エネルギビームの
    照射を行うことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
90. 【請求項９０】請求項８９の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 上記駆動回路部領域における上記各領域のうち、ラッチ
    回路およびシフトレジスタのうちの少なくとも何れかを
    構成するトランスファゲートが形成される領域へのエネ
    ルギビームの照射は、他の領域へのエネルギビームの照
    射よりも高いエネルギ密度で行われることを特徴とする
    半導体薄膜の製造方法。
91. 【請求項９１】画像表示領域と駆動回路部領域とを有す
    る基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギビ
    ームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄膜
    の製造方法であって、 上記画像表示領域に対応した領域が上記駆動回路部領域
    に対応した領域よりも上記エネルギビームの透過率が低
    いフィルタを介して、上記画像表示領域および上記駆動
    回路部領域へのエネルギビームの照射を同時に行うこと
    を特徴とする半導体薄膜の製造方法。
92. 【請求項９２】基板上に形成された非単結晶半導体薄膜
    にエネルギビームを照射して結晶成長させる工程を有す
    る半導体薄膜の製造方法であって、 上記エネルギビームの照射を、エネルギビームの散乱性
    を有する均一化素子を介して行うことを特徴とする半導
    体薄膜の製造方法。
93. 【請求項９３】請求項９２の半導体薄膜の製造方法であ
    って、 上記均一化素子は、部分的にエネルギビームの透過性を
    有する領域を有し、 上記透過性を有する領域に入射したエネルギビームをそ
    のまま透過させて、上記非単結晶半導体薄膜に照射する
    ことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
94. 【請求項９４】エネルギビーム発生手段と、 上記エネルギビーム発生手段から発せられたエネルギビ
    ームをエネルギの均一な所定のビーム断面形状に整形す
    る均一化手段とを備え、 上記整形されたエネルギビームを、基板上に形成された
    非単結晶半導体薄膜に照射して結晶成長させる半導体薄
    膜の製造装置であって、 さらに、上記エネルギビームの透過率が互いに異なる領
    域を有するフィルタを備え、 上記フィルタを介して、上記非単結晶半導体薄膜におけ
    る複数の領域に、互いに異なるエネルギ密度で上記エネ
    ルギビームの照射を行うように構成されたことを特徴と
    する半導体薄膜の製造装置。
95. 【請求項９５】請求項９４の半導体薄膜の製造装置であ
    って、 上記フィルタは、光学薄膜により、上記エネルギビーム
    の透過率が互いに異なる領域を有するように構成されて
    いることを特徴とする半導体薄膜の製造装置。
96. 【請求項９６】請求項９４の半導体薄膜の製造装置であ
    って、 さらに、上記基板が配置されるチャンバを備え、上記チ
    ャンバに形成された窓を介して上記エネルギビームの照
    射が行われるように構成されるとともに、 上記フィルタが、上記窓に設けられていることを特徴と
    する半導体薄膜の製造装置。
97. 【請求項９７】エネルギビーム発生手段と、 上記エネルギビーム発生手段から発せられたエネルギビ
    ームをエネルギの均一な所定のビーム断面形状に整形す
    る均一化手段とを備え、 上記整形されたエネルギビームを、基板上に形成された
    非単結晶半導体薄膜に照射して結晶成長させる半導体薄
    膜の製造装置であって、 上記均一化手段が、エネルギビームを複数のビーム断面
    形状に選択的に切り替えて整形し得るように構成されて
    いることを特徴とする半導体薄膜の製造装置。