JP2000232066A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな結晶粒子を有する多結晶膜を備えた、
ＬＣＤに好適に用いられる半導体基板の製造方法を提供
する。 【解決手段】 微結晶子を含むように、シリコンの微結
晶膜を透明基板上に成膜する（Ｓ１）。その後、この微
結晶膜を、エキシマレーザーアニール等のアニール法を
用いて溶融する（Ｓ２）。この溶融は、一部の微結晶子
が溶融されずに、微結晶膜内に残留するように行われ
る。その後、残留した微結晶子を種結晶として、微結晶
膜を多結晶化する（Ｓ３）。これにより、ＴＦＴ等のア
クティブ素子に好適な、大粒子径の高品質な多結晶シリ
コン膜を備えた半導体基板を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）に用いられる半導体基板の製造方法に関し、
特に、多結晶膜を有する半導体基板の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】本願は、米国特許出願（米国特許出願番
号；08/812,580、出願日；１９９７年３月７日、発明
者；トリス・ボウトサス、発明の名称；微結晶シリコン
の結晶化による多結晶シリコンの形成方法（この出願に
おける明細書は、現在、U.S.Letters Patent No.5,827,
773 として発行されている））の分割出願（米国特許出
願番号；09/135,393、出願日；１９９８年８月１７日、
発明者；トリス・ボウトサス、発明の名称；微結晶シリ
コンの結晶化による多結晶シリコン）の一部継続出願を
基礎としている。

【０００３】従来、高解像度表示の可能な、小型の電化
製品が求められている。そして、この要望に応えるため
に、液晶表示装置（ＬＣＤ，ＬＣＤｓ）の分野における
研究開発が強く押し進められている。

【０００４】そして、現在では、大規模集積（ＬＳＩ）
・超大規模集積（ＶＬＳＩ）駆動回路をＬＣＤの周辺あ
るいはＬＣＤ内に配置することで、ＬＣＤの小型化およ
び性能の向上が図られている。すなわち、外部駆動回路
や外部トランジスタを排除することで、ＬＣＤを備える
電化製品を小型化できるとともに、その製造処理の簡略
化および製造工程数の減少を実現できる。これにより、
電化製品の価格を引き下げることが可能となっている。

【０００５】ところで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ，Ｔ
ＦＴｓ）は、ＬＣＤの主要な構成部材であるとともに、
ＬＣＤの改良のために、特に向上されるべき部材であ
る。ＴＦＴは、通常、石英やガラスのような透明基板の
上に形成されるものである。そして、ＴＦＴの性能は、
その内部における電子移動度（キャリア移動度）を上げ
ることにより向上できる。すなわち、ＴＦＴにおける電
子移動度を上げることによって、ＬＣＤにおける輝度の
向上および消費電力の低減を図れるとともに、ＴＦＴに
おける応答速度の高速化を実現できる。なお、このよう
な性能向上の多くは、ＴＦＴに関連するスイッチング特
性の向上に起因するものである。

【０００６】また、ＬＣＤの性能をさらに向上させるた
めには、ＬＣＤにおけるＴＦＴの性能を一様とすること
が好ましい。すなわち、表示ＴＦＴおよび駆動ＴＦＴ
を、表示装置全体で、ほぼ同レベルの性能で駆動するこ
とが好ましい。

【０００７】しかしながら、半導体基板としてアモルフ
ァスシリコン膜（非晶質膜）を用いたＴＦＴでは、その
電子移動度が良好ではないため、ＬＣＤの駆動回路に適
用するには不充分である。

【０００８】ＴＦＴの電子移動度は、結晶化されたシリ
コン膜を使用することによって向上できる。そして、Ｔ
ＦＴの性能を一様とするためには、ＴＦＴを形成するた
めの結晶膜が、ほぼ一様な結晶構造を有する領域を含ん
でいることが好ましく、結晶学的に一様なパターンで結
晶化されていれば理想的である。しかしながら、単結晶
シリコン膜を用いたＬＣＤを製造するためには、比較的
壊れやすい透明基板に単結晶シリコン膜を圧着する必要
がある。このため、製造が難しいという問題がある。

【０００９】そこで、単結晶膜と非晶質膜との実用的な
妥協点として、多結晶シリコン膜（多結晶膜）が注目さ
れている。通常、多結晶膜は、互いに隣接してはいるも
のの結晶配向性（結晶学的配向）の異なる、複数の結晶
領域を含んでいる。すなわち、多結晶膜は、幾分ランダ
ムな形状および結晶配向性を有する、異なる結晶領域を
多く含んでいるものである。

【００１０】多結晶膜は、一様に結晶化されている領域
を大きくすることで、その性能向上を図れるものであ
る。以下では、多結晶膜における一様な粒子結晶領域の
平均サイズを、粒子径（粒径）あるいは平均粒径（平均
粒子径）と称する。

【００１１】多結晶膜中の一様な結晶領域（結晶粒子）
を大きくすると（大粒子径とすると）、多結晶膜におけ
る性能の一様性を向上できる。また、多結晶膜から得ら
れるＴＦＴの性能は、粒子境界線の数、すなわち、異な
る結晶粒子間における交差領域を削減することで向上で
きる。

【００１２】すなわち、結晶粒子間の界面領域（境界領
域）は、ＴＦＴの電子移動度を弱める電子トラップを形
成する。従って、この界面領域は、ＴＦＴの電圧閾値お
よび漏洩電流量の増加の原因となり、ＴＦＴの安定性を
悪化させてしまう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大きい
結晶粒子を有する多結晶膜を作成して、ＴＦＴの性能を
上げるためには、以下のような問題がある。すなわち、
ガラス上に成膜を行う従来のシリコン成膜法は、非晶質
物質しか得られないため、大きい結晶粒子を有する多結
晶膜の作成に適用できないという問題がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の半導体基板の製造方法（以下、本製造方
法とする）は、基板と半導体膜とが積層されてなる半導
体基板の製造方法において、半導体材料からなる複数の
微結晶子を含む微結晶膜を基板上に成膜する成膜工程
と、微結晶膜における一部の微結晶子の溶融を回避する
ように、微結晶膜を溶融する溶融工程と、微結晶膜内で
溶融されずに残留した微結晶子からの結晶成長によっ
て、微結晶膜を多結晶化させる結晶成長工程とを含むこ
とを特徴としている。

【００１５】本製造方法は、ＬＣＤに好適に用いられる
ＴＦＴに使用される半導体基板を製造する方法である。
上記のように、本製造方法では、成膜工程において、基
板上に、半導体材料からなる微結晶膜を成膜するように
なっている。そして、特に、本製造方法では、この微結
晶膜に微結晶子を含めるように成膜が行われる。この微
結晶子とは、半導体材料からなる微小な単結晶である。

【００１６】また、上記のように、成膜工程の後、溶融
工程（アニール）において、微結晶膜を溶融させるよう
になっている。そして、特に、本製造方法では、微結晶
膜における全ての微結晶子を溶融させないように、アニ
ール方法を適切に設定するようになっている。従って、
溶融工程の後でも、微結晶膜内には、所定数の微結晶子
が残留した状態となる。

【００１７】そして、結晶成長工程において、微結晶膜
内に残留している微結晶子を種結晶として、微結晶膜を
多結晶化するようになっている。これにより、基板と多
結晶膜との積層構造を有する半導体基板を製造すること
が可能となる。

【００１８】また、微結晶膜に含ませる微結晶子の数，
大きさおよび分布状態を適切に設定することで、多結晶
膜における結晶粒子の大きさを最適化することもでき
る。すなわち、本製造方法によれば、多結晶膜における
結晶粒子の平均粒径を、５００ｎｍ以上あるいは１ミク
ロン以上とすることができる。さらに、微結晶膜におけ
る各微結晶子の結晶配向性を揃えることで、多結晶膜に
おける結晶粒子に、一様な結晶配向性を与えることが可
能となる。

【００１９】また、上記した溶融工程は、エキシマレー
ザーアニール（ＥＬＡ）等の、レーザーアニールによっ
て行うことが好ましい。この場合、レーザーのエネルギ
ー密度を適切に調整することで、微結晶膜の一部の微結
晶子を残留させるように、微結晶膜を溶融できる。

【００２０】また、レーザーアニールは、パルス的なレ
ーザーアニールであっても、連続的なレーザーアニール
であってもよい。あるいはその他の非パルスのレーザー
アニール処理を含むものとする。また、溶融工程に、ラ
ンプアニールや、赤外線照射を用いた高速熱アニール
（ＲＴＡ）を用いてもよい。

【００２１】また、成膜工程において用いる基板として
は、ガラス等の透明な基板を用いることが好ましい。ま
た、成膜工程において微結晶膜内に含ませる微結晶子
は、平均粒径が５Å〜５００Åあるいは１０Å以上のも
のであることが好ましい。

【００２２】また、成膜工程と溶融工程との間に、溶融
前の微結晶膜上に非晶質膜を成膜する第２の成膜工程を
行うようにしてもよい。すなわち、微結晶膜の上に、微
結晶膜と同一材料の完全な非晶質物質からなる膜を形成
するようにしてもよい。この構成では、結晶成長が、微
結晶膜内だけでなく、微結晶子内へも広がることにな
る。

【００２３】なお、この場合、非晶質膜と微結晶膜との
膜厚の和を、非晶質膜を設けない場合の微結晶膜の膜厚
と同程度とすることが好ましい。非晶質膜の成膜は、微
結晶膜の場合ほど複雑ではないため、非晶質膜を設ける
ことによって、成膜工程の速度（成膜速度）を上げるこ
とができる。すなわち、非晶質膜の成膜は、微結晶膜よ
り簡単であるため、これら２つの膜に対する成膜速度
を、これらと同程度の厚さを有する微結晶膜に対する成
膜速度よりも速くできる。

【００２４】また、成膜工程において成膜される微結晶
膜の結晶化率における好ましい範囲は０．０１％〜８０
％であり、さらに好ましくは５％〜６５％であり、さら
に好ましくは１０％〜５０％である。

【００２５】また、成膜工程は、プラズマＣＶＤ（ＰＥ
ＣＶＤ；プラズマ強化化学的成膜）法により、１０Å毎
秒未満の成膜速度で微結晶膜を成膜する工程であること
が好ましい。また、微結晶膜内の微結晶子の大きさは、
成膜速度が遅くなるにつれて増加する傾向がある。従っ
て、微結晶子の大きさを最大にするための成膜速度の好
ましい範囲は７Å毎秒未満であり、さらに好ましくは３
Å毎秒未満である。

【００２６】上記したように、溶融工程には、ＥＬＡを
用いることが好ましい。特に、厚さ２００Å〜１０００
Åの微結晶膜にＥＬＡを行う場合、ＥＬＡのエネルギー
密度における好ましい範囲は、１９０ｍＪ／ｃｍ² 〜５
００ｍＪ／ｃｍ² である。また、一部の微結晶子を残留
させるためには、ＥＬＡにおいて微結晶膜に照射すエネ
ルギー密度を、以下の式に従って決定することが好まし
い。すなわち、エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ² ）Ｅを、
微結晶膜の厚さをＴ（Å）として、Ｅ＝１７８＋３．１
３×Ｔで表される値とすることが好ましい。

【００２７】また、上記成膜工程は、基板をプラズマＣ
ＶＤ装置（プラズマ強化化学的成膜装置）のチャンバー
内に配置する工程と、上記チャンバー内に、膜中に微結
晶子を形成するように選ばれた流量で反応ガスを導入し
て、微結晶膜を成膜する工程とを含んでいることが好ま
しい。このようにすれば、ＰＥＣＶＤによる適切な成膜
工程を実現できる。

【００２８】また、上記成膜工程に、基板をプラズマＣ
ＶＤ（ＰＥＣＶＤ）器に配置する工程と、ＰＥＣＶＤに
よって基板上に微結晶膜を成膜する工程と、このＰＥＣ
ＶＤ器内に反応ガスを導入して微結晶膜内に微結晶子を
形成する工程とを含ませるようにしてもよい。このよう
にしても、ＰＥＣＶＤによる適切な成膜工程を実現でき
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について以
下に説明する。

【００３０】図２は、本実施の形態にかかる半導体基板
である、半導体基板１０の構成を示す説明図である。半
導体基板１０は、液晶表示装置（ＬＣＤ）の駆動回路に
おける薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に好適に使用される
ものである。

【００３１】そして、図２に示すように、半導体基板１
０は、透明基板１２と、多結晶膜３１とから構成されて
いる。透明基板１２は、石英、ガラス、およびプラステ
ィックのいずれかからなる基板である。多結晶膜３１
は、シリコンの多結晶からなる薄膜（多結晶膜）であ
り、図２に示すように、比較的大きな粒径を有する結晶
粒子２８・３０から構成されている。

【００３２】次に、本実施の形態にかかる半導体基板１
０の製造方法（本製造方法）について説明する。図１
は、本製造方法における製造工程を示すフローチャート
である。また、図３〜５は、半導体基板１０を形成する
方法における工程を示す説明図である。図１に示すよう
に、本製造方法では、まず、プラズマＣＶＤ法（ＰＥＣ
ＶＤ；Plasma Enchanced Chemical Vapor Deposition）
によって、透明基板１２上に微結晶シリコン膜（微結晶
膜）を成膜するようになっている（Ｓ１）。この微結晶
膜は、図２に示した多結晶膜３１のもとになる薄膜であ
る。

【００３３】図３は、透明基板１２に成膜された微結晶
膜１４を示す説明図である。微結晶膜１４は、膜厚１７
（第一膜厚）を有する、シリコンの微結晶子を含む非晶
質シリコン薄膜である。すなわち、図３に示すように、
微結晶膜１４は、微結晶子（種結晶）１６と、微結晶子
１６の埋め込まれた、非晶質シリコンからなる非晶質物
質（非晶質部位）１５とから構成されている。

【００３４】なお、微結晶子１６の数は、微結晶膜１４
の膜厚１７を制御することによって規制できる。また、
簡略化のため図示していないが、一般的に、透明基板１
２は、バリア層によって微結晶膜１４から離間されてい
る。

【００３５】そして、Ｓ１の後、図１に示すように、こ
の微結晶膜１４に対して、エキシマレーザーアニール
（ＥＬＡ）によるアニール処理を施す（Ｓ２）。

【００３６】図４および図５は、このアニール処理を示
す説明図である。図４に示すように、Ｓ２では、微結晶
膜１４に対して、エキシマレーザー光であるレーザービ
ームＬＢ（微結晶膜１４の表面に垂直な矢印）を照射す
るようになっている。

【００３７】なお、レーザーの開口径には制限があるた
め、このアニール処理では、レーザービームＬＢを微結
晶膜１４で移動させる（スイープする）ことによって、
微結晶膜１４の全体にレーザービームＬＢを照射するよ
うになっている。

【００３８】すなわち、このアニール処理では、レーザ
ーを短期間だけ発生させて、微結晶膜１４の限られた領
域にエネルギーパルスを照射し、溶融領域２２を形成す
る。そして、図４に示すように、微結晶膜１４に平行な
矢印Ａに沿ってレーザービームＬＢをスイープし、図５
に示すように、新たな溶融領域２６を形成するようにな
っている。

【００３９】また、Ｓ２におけるアニール処理は、微結
晶膜１４内における非晶質物質１５を完全に溶融させる
一方、微結晶子１６の一部を残留させるように行われ
る。すなわち、図４に示すように、このアニール処理
は、微結晶膜１４内に溶融領域２２を形成する一方、こ
の溶融領域２２内に、溶融されない微結晶子１６を残す
ように設定されている（溶融される微結晶子もある）。

【００４０】そして、微結晶膜１４の全面に対してアニ
ール処理を行った後、図１に示すように、微結晶膜１４
を結晶成長させて、多結晶膜３１を形成する（Ｓ３）。
すなわち、図５に示すように、レーザービームＬＢの照
射の終了した領域２８ａ・３０ａでは、冷却中に、微結
晶子１６の周囲から外側に向かって、微結晶子１６の配
向に応じた結晶成長が生じるようになっている。つま
り、このＳ３では、アニール処理において溶融されずに
残留した微結晶子１６を種結晶として、結晶成長を行う
ように設定されている。そして、これら領域２８ａ・３
０ａを、図２に示すような結晶粒子２８・３０とするよ
うになっている。

【００４１】以上のように、本製造方法では、微結晶膜
１４における微結晶子１６の一部分を溶融しない一方、
非晶質物質１５を溶融するように、アニール処理を施す
ようになっている。そして、このようなアニール処理を
施すことで、残留した微結晶子１６による結晶成長を促
進でき、粒径の大きな結晶粒子２８・３０を有する多結
晶膜３１を形成できるようになっている。

【００４２】なお、以下では、このようなアニール処理
によって得られる微結晶膜１４の溶融状態（溶融されな
い微結晶子１６が残っている状態）を、部分的溶融状態
と称する。微結晶膜１４の部分的溶融状態は、微結晶膜
１４の全体の膜厚、レーザービームＬＢのエネルギーお
よび露光時間および露光回数をそれぞれ変化させること
によって実現できる。

【００４３】また、本製造方法では、多結晶膜３１内の
結晶粒子２８・３０における平均粒径を、アニール処理
で用いられる任意のエネルギー密度に対して、確実に最
適化できる。すなわち、この平均粒径を可能な限り大き
くできる。

【００４４】また、本製造方法では、アニール後、残留
している微結晶子１６の数を制御することで、多結晶膜
３１内における結晶粒子２８・３０の平均粒径を大きく
できる。

【００４５】また、本製造方法では、微結晶膜１４の膜
厚１７を制御することによって、微結晶膜１４内の微結
晶子１６の数を制御できる。そして、微結晶膜１４内の
微結晶子１６の数を制御することによって、一様で大径
の結晶粒子の形成を図ることができる。

【００４６】なお、Ｓ２におけるアニール処理では、図
４に示すように、レーザービームＬＢを、微結晶膜１４
の一部分に照射した後、Ａ方向（右方向）へ移動させ
て、再び微結晶膜１４に照射するようになっているが、
レーザービームＬＢを微結晶膜１４に確実に照射するた
めに、レーザービームＬＢの照射領域（レーザーエネル
ギーのバースト）を、各照射間で重複させることが好ま
しい。

【００４７】また、エネルギーパルス（エネルギー密度
値）の単位は、当業者に公知であるように、ｍＪ／ｃｍ
² (milli-joules per square centimeter)である。ま
た、この値は、微結晶膜１４に向けて照射されたレーザ
ービームＬＢの総エネルギーである。

【００４８】また、本実施の形態では、図３に示したよ
うに、Ｓ１（図１参照）において、単層の微結晶膜１４
を成膜するようになっている。しかしながら、微結晶膜
１４の構成はこれに限らない。例えば、図６に示すよう
に、微結晶膜１４を積層構造としてもよい。この図に示
す微結晶膜１４は、それぞれ膜厚３２および膜厚３４を
有する、第１微結晶膜１４ａおよび第２微結晶膜１４ｂ
とから構成されている。また、これら第１および第２微
結晶膜１４ａ・１４ｂの組成は、図３に示した微結晶膜
１４と同様である。

【００４９】微結晶膜１４をこのような構成とする場
合、微結晶膜１４に対するアニール処理は、これら第１
および第２微結晶膜１４ａ・１４ｂの両方を部分的溶融
状態とするように行われる。この部分的溶融は、図３に
示した微結晶膜１４と同様に、微結晶膜１４の全体の膜
厚、レーザービームＬＢのエネルギーおよび露光時間お
よび露光回数をそれぞれ変化させることによって実現で
きる。

【００５０】また、第１微結晶膜１４ａ・１４ｂの膜厚
３２・３４を制御することによって、第１微結晶膜１４
ａにおける微結晶子１６の数を制御できる。そして、第
１微結晶膜１４ａの微結晶子１６の数を制御することに
よって、一様で大径の結晶粒子の形成を図ることができ
る。

【００５１】また、図７に示すように、微結晶膜１４の
上に、完全な非晶質物質からなり、膜厚４０を有する非
晶質膜３６を形成するようにしてもよい。この構成で
は、Ｓ３における結晶成長は、微結晶膜１４内だけでな
く、非晶質膜３６内へも広がることになる。

【００５２】なお、この場合、非晶質膜３６の膜厚４０
と、微結晶膜１４の膜厚３８との和を、図３に示した微
結晶膜１４の膜厚１７と同程度とすることが好ましい。
非晶質膜３６の成膜は、微結晶膜１４の場合ほど複雑で
はないため、非晶質膜３６を設けることによって、成膜
工程の速度（成膜速度）を上げることができる。すなわ
ち、非晶質膜３６の成膜は、微結晶膜１４より簡単であ
るため、これら２つの膜１４・３６に対する成膜速度
を、これらと同程度の厚さを有する微結晶膜１４に対す
る成膜速度よりも速くできる。

【００５３】また、非晶質膜３６の膜厚４０は、この膜
厚４０と微結晶膜１４の膜厚３８との和における約２５
％未満となっている。現在、成膜速度をさらに上げるた
めに、膜厚３８よりも膜厚４０を厚くするための研究を
行っている。

【００５４】また、後述するように、アニール処理の後
（Ｓ３）によって得られる結晶粒子２８・３０の分布お
よび大きさは、微結晶膜１４内の微結晶子１６の数に応
じて規制される。

【００５５】また、本製造方法は、透明基板１２上への
微結晶膜１４の成膜における不確実性と、エキシマレー
ザー使用時におけるアニール処理の不均一性とを抑制す
るために開発されたものである。エキシマレーザーを用
いると、微結晶膜１４をより部分的に（選択的に）加熱
できるので、アニール処理においてより多くの選択肢を
得ることができる。しかしながら、エキシマレーザービ
ームの持つ高いエネルギー、照射時間の短さ、および開
口の小ささは、アニール処理における不均一性を招いて
しまう。本製造方法では、アニール処理における微結晶
子１６の規制によって、微結晶膜１４の化学組成および
膜厚への依存度を減少できるとともに、加熱・アニール
処理における不統一性を減少できるようになっている。

【００５６】また、本製造方法では、微結晶膜１４（溶
融される前の成膜微結晶シリコン）と最終的に形成され
る多結晶膜３１とのそれぞれの結晶粒子１６・２８・３
０における平均粒径は、以下のように求められる。結晶
粒子の形態は不規則であるが、等価粒子径あるいは平均
粒径は、粒子の長径および短径を計測することによって
定義できる。等価粒子径（あるいは単に「径」）は、長
径と短径との幾何平均として以下のように表される。

【００５７】ｒ＝√（ａ・ｂ） （１） ここで、ｒは結晶粒子の粒子径（あるいは「平均粒径」
「等価粒子径」「径」）である。また、ａは粒子の長径
（寸法）であり、ｂは粒子の短径（寸法）である。

【００５８】アニール処理は、微結晶子１６の大きさに
対しても規制されている。図３に示す微結晶膜１４に
は、一般的に、５Å〜５００Åの範囲の微結晶子１６が
埋め込まれている。結晶群の大きさおよび安定度を制御
するのは、微結晶子１６の粒径のためである。

【００５９】また、本製造方法においては、非晶質物質
１５および微結晶子１６の材料として、シリコンを用い
ることができる。また、これら非晶質物質１５および微
結晶子１６の材料として、シリコンとゲルマニウムとの
化合物を用いてもよい。

【００６０】また、本製造方法では、微結晶膜１４内に
埋め込まれる微結晶子１６に、ほぼ所定の第一結晶配向
性を持たせるようにしてもよい。図２に示す多結晶膜３
１は、微結晶子１６（図３参照）の第一結晶配向性を持
つ。多結晶膜３１の全体に共通の結晶配向性を持たせる
ことにより、粒子境界線を最小限にできる。また、埋め
込まれた微結晶子１６の第一結晶配向性を、（１１０）
あるいは（１１１）とすることが好ましい。

【００６１】上記の処理では、微結晶子１６が微結晶膜
１４中に埋め込まれるよりも前に、微結晶子１６の第一
結晶配向性を求めるようになっている。好ましい結晶配
向性(crystallographic orientation)あるいは組成（te
xture)は、微結晶膜１４の成膜状態を適切に選ぶことに
よって得られる。成膜された微結晶子１６の好ましい組
成は、アニール処理後に形成された結晶粒子２８・３０
に転写される。

【００６２】また、本製造方法では、アニール処理の
前、微結晶膜１４に埋め込まれた状態の微結晶子１６
に、ランダムな結晶配向性を持たせるようにしてもよ
い。この場合、微結晶膜１４に対する加熱（アニール）
は、所定の第一結晶配向性を持たない微結晶子１６を除
去するために選択的に行われる。また、残った微結晶子
１６がほぼ第一結晶配向性を持つように、微結晶膜１４
に対するアニールを行う。図２に示す多結晶膜３１の全
体に共通の第一結晶配向性を持たせると、粒子境界線を
最小にできる。すなわち、アニール処理における加熱状
態は、第一結晶配向性を持つ微結晶子１６以外の全ての
微結晶子１６を溶融させるように選択される。第一結晶
配向性を持つ微結晶子１６は、他の結晶配向性を持つ微
結晶子１６より高い温度で溶融するので、アニール処理
に対して耐性を持つ。また、埋め込まれた微結晶子１６
の第一結晶配向性は、（１１０）あるいは（１１１）で
あることが好ましい。

【００６３】また、本製造方法では、図２〜４および図
１におけるＳ２に示す処理において、エキシマレーザー
（ＥＬＡ）で微結晶膜１４をアニールする際に、約３０
８ナノメートル（ｎｍ）以下の波長のレーザービームＬ
Ｂを使用するようにしてもよい。また、この処理を、エ
キシマレーザーに限らず、他のレーザーを用いて行って
もよい。また、微結晶膜１４は、非晶質物質（シリコ
ン）１５の融点とほぼ同温度で、約５０ナノ秒（ｎｓ）
の期間だけアニールされることが好ましい。微結晶膜１
４をシリコンとした場合、微結晶膜１４を、一般的に９
００℃〜１６００℃の範囲の温度で、エキシマレーザー
によってアニールできる。微結晶膜１４をシリコン−ゲ
ルマニウムとした場合は、微結晶膜１４を、一般的に８
００℃より高い温度でアニールできる。

【００６４】また、加熱炉アニール処理（図示せず）を
行う場合には、微結晶膜１４を、約６００℃より低い温
度で、一般的に３時間から３日間アニールすることが好
ましい。また、微結晶膜１４に対して、図示しない高速
熱アニール（ＲＴＡ；Rapidthermal anneal）結晶化処
理を行う場合、約９００℃の温度で、一般的に１〜５秒
間アニールすることが好ましい。

【００６５】また、図３に示す微結晶膜１４は、約１０
００Å未満の膜厚１７を持つことが好ましい。また、図
２に示す多結晶膜３１をこの膜厚とすると、ＴＦＴの製
造に好適に用いることが可能となる。また、微結晶膜１
４の膜厚は、約５００Å未満であることがさらに好まし
い。多結晶膜３１は、このような薄い膜厚のＴＦＴの製
造に非常に適している。レーザーアニール処理において
は、膜内の結晶粒子の大きさは、厚膜中よりも薄膜中の
方が大きくなる傾向がある。このような大きな粒子は、
膜厚が２０〜５０ナノメートル（ｎｍ）の膜内において
見ることができる。

【００６６】また、微結晶膜１４を、ＳｉＨ₄ とＨ₂ と
の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）に
よって成膜するようにしてもよい。この場合、パワーレ
ベルを約６００ワット、温度を約３２０℃、総圧力を約
１．２Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ₄ の流動度を２０ｓｃｃｍ、Ｈ
₂ の流動度を２０００ｓｃｃｍとすることが好ましい。

【００６７】なお、微結晶膜１４は、低圧化学的成膜法
（ＬＰＣＶＤ；Low Pressure chemical Vapor Depositi
on）、超高負圧ＣＶＤ、光化学ＣＶＤ、光密度プラズマ
ＣＶＤ、高熱線ＣＶＤ、あるいはスパッタリング処理に
よっても形成できる。

【００６８】また、微結晶膜１４の材料として、ジシラ
ン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、Ｓｉ_N Ｈ_2N+2（Ｎは２以上）によっ
て表される高級シラン、あるいは構造式Ｓｉ_N Ｈ_2N+2／
Ｓｉ _N Ｆ_2N+2（Ｎは１以上）によって表されるシラン／
フッ化シラン物質を用いることもできる。また、これら
の物質の組み合わせを、微結晶膜１４の材料に採用して
もよい。

【００６９】また、微結晶膜１４の成膜は、超高負圧環
境下で行うことが好ましい。このようにすれば、微結晶
膜１４内あるいは基板表面における汚染物を最小限に抑
えられるので、微結晶子１６の形成を助長できる。汚染
物が存在すると、基板表面においてシリコン種と不純物
との間で吸収の競合が起こり、吸収されたシリコン種の
表面移動度が減少する。このため、ガス状不純物の内場
合に比べて、結晶群の形成される確率が低くなる。

【００７０】また、透明基板１２は、微結晶膜１４の成
膜前に前に洗浄しておくことが好ましい。このようにす
れば、微結晶膜１４中での微結晶子１６の形成を促進で
きる。この洗浄は、Ａｒ，Ｏ₂ ，Ｎ₂ あるいはＨ₂ を用
いるＰＥＣＶＤチェンバー内での（in-situ)プラズマ洗
浄、あるいはチェンバー外での（ex-situ)液体洗浄物質
を用いる方法、あるいは機械的手段（ビーズブラスト
法）によって行うことができる。

【００７１】また、図１に示すＳ２は、非晶質物質を選
択的に溶融するように、Ｓ１で成膜された微結晶膜１４
を加熱する工程を含むようにしてもよい。この場合、上
記の溶融は、非結晶物質１５内における所定の数の微結
晶子１６、あるいは残留した数（residual number)の微
結晶子１６を溶融しないように行われることが好まし
い。これにより、溶融されなかった微結晶子１６によっ
て、一様で大径の結晶粒子の形成を促進できる。

【００７２】また、本製造方法は、図１に示したＳ１の
後に、Ｓ１で成膜された微結晶膜１４を覆う、完全な非
晶質物質からなる非晶質膜３６（第二膜）を成膜する工
程を含んでいることが好ましい（図７参照）。そして、
Ｓ２のアニール処理に、結晶領域を、微結晶膜１４から
非晶質膜３６へ拡張する処理を含ませることが好まし
い。非晶質膜３６を使うことで、成膜処理の速度を高め
ることができる。この場合、微結晶膜１４を所定の膜厚
３８とし、非晶質膜３６を所定の膜厚４０とすることが
好ましい。そして、一般的に、非晶質膜３６の膜厚４０
は、この膜厚４０と微結晶膜１４における膜厚３８との
和の約２５％未満の膜厚であることが好ましい。

【００７３】また、図１に示したＳ３で形成された結晶
粒子の分布および大きさは、微結晶子１６の数および微
結晶膜１４に応じて規制される。また、Ｓ１は、一般的
に５０Å〜５００Åの範囲の粒径を持つ微結晶子１６が
埋め込まれている非結晶物質１５を含む膜を成膜する工
程も含んでいる。また、結晶群の大きさおよび安定度の
制御は、微結晶子１６（種結晶）の大きさに基づいて行
われている。

【００７４】また、非結晶物質１５およびＳ１で成膜さ
れる微結晶子１６の材料としては、シリコンを用いるこ
とが好ましい。また、これらをシリコンとゲルマニウム
との化合物から構成してもよい。

【００７５】また、Ｓ１は、非結晶物質１５に埋め込ま
れた微結晶子１６が均一なパターンで分布しているよう
な膜を成膜する工程を含んでいることが好ましい。この
ようにすれば、粒子結晶の境界線の数を最小限とでき
る。

【００７６】また、Ｓ１において成膜する微結晶膜１４
に、ほぼ所定の第一結晶配向性を持つ微結晶子１６を埋
め込んでおくことが好ましい。また、Ｓ２には、Ｓ１で
成膜された微結晶子１６に第一結晶配向性を与えるよう
に、多結晶膜３１をアニールする工程を含ませることが
好ましい。多結晶膜３１全体に共通の結晶配向性を持た
せることによって、境界線を最小にできる。また、微結
晶膜１４に埋め込まれた微結晶子１６の第一結晶配向性
は、（１１０）あるいは（１１１）であることが好まし
い。

【００７７】また、Ｓ２は、第一結晶配向性を持たない
微結晶を選択的に除去するように、Ｓ１で形成された微
結晶膜１４を加熱する工程を含んでいることが好まし
い。多結晶膜３１全体に共通の結晶配向性を持たせるこ
とで、境界線を最小にできる。また、微結晶膜１４に埋
め込まれた微結晶子１６の第一結晶配向性は、（１１
０）あるいは（１１１）であることが好ましい。

【００７８】また、Ｓ２のアニール処理には、エキシマ
レーザー結晶化（ＥＬＣ）処理を用いることが好まし
い。このようにすれば、Ｓ１で形成された膜を、約３０
８ｎｍ以下の波長を持つ光によって加熱できる。さら
に、Ｓ２は、非晶質物質の融点とほぼ同じ温度で、Ｓ１
で形成された膜に対して約５０ｎｓの間アニールを行う
工程を含んでいることが好ましい。

【００７９】また、Ｓ１で形成された微結晶膜１４がシ
リコンである場合、Ｓ２は、微結晶膜１４を一般的に９
００℃〜１６００℃の範囲の温度でアニールする工程を
含んでいることが好ましい。一方、Ｓ１で成膜された微
結晶膜１４がシリコン−ゲルマニウムである場合、Ｓ２
は、微結晶膜１４を一般的に８００℃より高い温度でア
ニールする工程を含んでいることが好ましい。

【００８０】また、Ｓ２は、加熱炉アニール処理にてア
ニールを行う工程を含んでいることが好ましい。この工
程では、Ｓ１で成膜された微結晶膜１４が、約６００℃
より低い温度で、一般的に３時間から３日間加熱され
る。また、Ｓ２に、高速熱アニール（ＲＴＡ）結晶化処
理を用いてアニールを行う工程を含ませることもでき
る。この場合、Ｓ１で成膜された微結晶膜１４は、約９
００℃より低い温度で、一般的に１〜５秒間加熱され
る。

【００８１】また、Ｓ１に、膜厚約１０００Å未満の微
結晶膜１４を成膜する工程を含ませてもよい。このよう
にすれば、多結晶膜３１をＴＦＴの製造に好適に用いる
ことができる。また、Ｓ１に、膜厚約５００Å未満の微
結晶膜１４を成膜する工程を含ませてもよい。このよう
にすれば、多結晶膜３１をＴＦＴの製造に好適に用いる
ことができる。

【００８２】また、Ｓ１に、ＳｉＨ₄ あるいはＨ₂ の混
合ガスを用いるＰＥＣＶＤ処理で微結晶膜１４を形成す
る処理を含ませてもよい。この処理では、約６００ワッ
トのパワーレベル、約３２０℃の温度、約１．２Ｔｏｒ
ｒの総圧力、ＳｉＨ₄ の流動度２０ｓｃｃｍ、およびＨ
₂ の流動度２０００ｓｃｃｍで、微結晶膜１４を成膜す
ることが好ましい。

【００８３】また、Ｓ１では、ＬＰＣＶＤ、超高負圧Ｃ
ＶＤ、光化学ＣＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ、熱ＣＶ
Ｄ、あるいはスパッタリングによって微結晶膜１４を成
膜するようにしてもよい。

【００８４】また、Ｓ１で成膜される微結晶膜１４の材
料として、ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、Ｓｉ_N Ｈ_2N+2（Ｎ
は２以上）によって表される高級シラン、あるいは構造
式Ｓｉ_N Ｈ_2N+2／Ｓｉ_N Ｆ_2N+2（Ｎは１以上）によって
表されるシラン／フッ化シラン物質を用いることもでき
る。また、これらの物質の組み合わせを、微結晶膜１４
の材料に採用してもよい。

【００８５】また、Ｓ１に、微結晶膜１４を超高負圧で
形成する工程を含ませることが好ましい。汚染物を最小
限にすることによって、微結晶子１６の形成を助長でき
る。また、多結晶膜３１は、透明基板を覆うように成膜
されることが好ましく、Ｓ１には、透明基板を覆うよう
に多結晶膜３１を成膜する工程を含ませることが好まし
い。

【００８６】また、透明基板１２を、石英、ガラス、お
よびプラスティックのいずれかから構成することが好ま
しい。また、多結晶膜３１は、液晶表示装置に使用され
るＴＦＴの製造に好適に用いられるものである。また、
Ｓ１は、透明基板１２を、微結晶膜１４を形成する以前
に洗浄する工程を含んでおり、これにより、微結晶膜１
４内における微結晶の形成を図っている。

【００８７】以下に、多結晶膜３１の形成法における具
体的な例を示す。また、本製造方法の多結晶膜３１を、
非晶質シリコン処理によって得られた従来の非晶質膜と
比較した結果についても示す。また、本製造方法の多結
晶膜３１を作成するための微結晶膜１４、および従来方
法に使用する非晶質膜における成膜状態を、以下の表１
に示す。なお、各膜に対する処理は、以下の（１）〜
（６）に示す同一の条件で行われた。

【００８８】（１）試料の数３０； （２）大気中にてエキシマレーザーを使用； （３）基板の温度４００℃； （４）レーザービームの重複９５％； （５）ビーム径６５ｍｍ×２ｍｍ； （６）規定（nominal ）エネルギー密度３００ｍＪ／ｃ
ｍ² ；

【００８９】

【表１】

【００９０】アニールレーザー処理の後、微結晶膜１４
および非晶質膜における試料を、ラマン分光法によって
測定した。周知のように、ラマン分光法は、試料におけ
る結合の情報、すなわち、結晶構造に関する質的および
量的な情報を得るための方法である。ラマン分光法から
得られる重要な情報は、ピークの位置、および、ピーク
における半値全幅（ＦＷＨＭ；Full Width at Half-Max
imum) である。

【００９１】表２に、ラマン分光法によって分析され
た、３０個の試料に対するラマン特性（Raman attribut
e)の平均（膜の種類毎）を示す。なお、表１・２の最上
段には、多結晶膜３１および従来の非晶質膜を形成する
ための、成膜後の膜の相状態（微結晶Ｓｉおよび非晶質
Ｓｉ）を示している。この表に示すように、ピークずれ
およびピークＦＷＨＭの平均値は、２つの膜間で大きく
異なっている。すなわち、相状態が微結晶である場合に
は、ピークずれが増加する一方、ＦＷＨＭは減少してい
る。これは、成膜後の微結晶膜１４の方が、結晶化の度
合い（低不良密度）が高く、粒子径が大きいためであ
る。

【００９２】

【表２】

【００９３】表２に示すように、ピークずれおよびピー
クＦＷＨＭの平均値は、２つの膜間で大きく異なってい
る。ピークずれとピークＦＷＨＭとは、微結晶膜１４を
使用することによって、それぞれ増加、減少する。これ
らの結果は、高結晶化率および大粒子径を持つ多結晶膜
３１の結果と一致している。

【００９４】また、透過電子顕微鏡検査（ＴＥＭ）によ
って粒子径の測定を行った。この測定は、ディジタル化
されたＴＥＭ顕微鏡検査を用いて、画像処理ソフトウェ
アパッケージを利用して行われた。また、通常、各試料
毎に、２００〜３００個の粒子を測定した。この測定に
より、透過粒子径として、上記した式（１）が求められ
た。

【００９５】ｒ＝（ａ・ｂ）^1/2 … （１） ここで、ｒは等価粒子径、ａは粒子の長径、そしてｂは
粒子の短径である。

【００９６】図８は、本製造方法の微結晶膜１４と従来
の非晶質膜とにおける、平均粒径の相関関係を示すグラ
フである。なお、このグラフは、ＴＥＭと、ラマン分光
法によって計測された結晶ピークのＦＷＨＭとによって
計測された。

【００９７】このグラフ（図８）に示すデータの一般的
な傾向から、多結晶膜の平均粒径が増加するに従って、
結晶ピークのＦＷＨＭが減少するといえる。過去の研究
では、結晶の品質度が高い膜ほど、より鋭い結晶ピーク
が観測されると報告されている。なお、結晶膜の構造の
品質には、少なくとも以下の（ａ）（ｂ）に示す２つの
要素が関係する。

【００９８】（ａ）結晶粒子の大きさ（粒子境界線の密
度と、粒子境界線の不良密度とを決める粒子径） （ｂ）粒子内不良密度 また、多結晶膜３１をレーザーアニールする場合、通
常、粒子内不良密度を低減できる。従って、ＦＷＨＭの
変化は、基本的に、多結晶膜３１における粒子径の変化
と関連している。

【００９９】また、図８に、本製造方法に使用される微
結晶膜１４と非晶質膜との平均粒径の差を示している。
すなわち、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）および微結晶シ
リコン（μｃ−Ｓｉ）に対するＥＬＡを行って２種類の
多結晶膜を形成し、粒子径分布に関する１対１の比較を
行った。なお、この比較は、これら２種類の多結晶膜
（２つの母集団）間における、統計的に有意な差を見出
すためになされた。このため、現実的な（actual) エネ
ルギー密度である３００ｍＪ／ｃｍ² （セットポイント
と同じ）でアニールされた試料を選択し、比較を行っ
た。

【０１００】図８に示す結果では、１％のレベルで良好
な有意性が支持されており、２つの母集団が大きく異な
る平均値を持つことを示している。また、図８に示すよ
うに、μｃ−Ｓｉに対するＥＬＡで形成された多結晶膜
では、ａ−Ｓｉのものに比して約２倍の粒子径を示して
いる。

【０１０１】上記したように、図１に示すＳ１を、ＰＥ
ＣＶＤによって行うこともできる。この場合、成膜速度
は、微結晶膜１４（μｃ−Ｓｉ）に形成される微結晶子
１６の大きさを決める重要な要素となる。図９は、ＰＥ
ＣＶＤによって成膜された微結晶膜１４における、微結
晶子１６の大きさと成膜速度との関係を示すグラフであ
る。

【０１０２】このグラフに示すように、ＰＥＣＶＤによ
って成膜された微結晶膜１４における結晶子の大きさ
は、膜の成膜速度の増加に従って減少する。さらに、結
晶子の大きさと成膜速度との関係（依存度）は、極めて
非線形であるといえる。また、１００Åより大きい結晶
子径を得るためには、約２〜３Å毎秒より遅い成膜速度
を必要とすることがわかる。成膜速度を３Å毎秒とする
と、成膜速度の僅かな変化で、結晶のサイズに大きな変
化が生じてしまう。約７Å毎秒の成膜速度では、結晶の
大きさは、成膜速度の変化によってほとんど変化を受け
ない。従って、この処理における好ましいひとつの範囲
は、３Å毎秒未満であるといえる。このようにすること
で、結晶子の平均粒径を５０Å以上とできる。

【０１０３】なお、本製造方法の用途はＬＣＤの製造で
あり、製造の効率を上げるため、成膜速度をできるだけ
速くすることは重要である。このため、平均粒径５０Å
以上の微結晶子１６を微結晶膜１４に形成することが好
ましいが、処理効率の向上のためには、成膜速度を１０
Å毎秒までとすることも好ましい。また、成膜速度を７
Å毎秒未満とすることも好ましい。また、理想的な成膜
速度の範囲は、３Å毎秒未満であるといえる。

【０１０４】図１０は、アニール後における結晶粒子の
粒子径と、ＰＥＣＶＤの成膜速度との関係を示すグラフ
であり、７Å毎秒未満が好ましい成膜速度となる理由を
よく表している。図１０に示されるデータは、約５００
Åの厚さで成膜された膜に、エネルギー密度約２７５ｍ
Ｊ／ｃｍ² のＥＬＡによってＳ２（図１）を施して得ら
れる膜に対する測定である。このグラフに示すように、
微結晶膜１４に対するＰＥＣＶＤの成膜速度を７Å未満
とすると、多結晶膜３１内の粒子径に大きな向上がみら
れる。

【０１０５】図１１は、所定のＰＥＣＶＤ成膜速度で成
膜された微結晶膜に対してアニール処理（部分的溶融工
程）を施す場合における、ＥＬＡレーザーエネルギー密
度と、アニール後の多結晶膜における粒子径との関係を
示すグラフである。

【０１０６】アニールの前後における微構造物（微結晶
膜）の関係（図９，１０参照）に示したように、本製造
方法では、成膜直後の微構造物とＥＬＡ処理後の材料特
性（粒子径）との間の相関関係を確立している。そし
て、図１１は、Ｓ１（図１）におけるレーザーエネルギ
ー密度および成膜速度の関数としての、多結晶膜の平均
粒径を示すグラフである。なお、図１２を用いて後述す
るように、成膜速度は、アニール前の膜における結晶含
量（crystalline content)あるいは結晶化率(crystalli
ne fraction)にも直接関係がある。

【０１０７】ここで、図１１に関するレーザーアニール
処理は、４５０℃の基板温度で、真空内で行われている
とする。この図に示すように、粒子径と成膜速度とに
は、強い相関関係のあることがわかる。また、具体的に
は、依存度の状況を２つに分割できる。すなわち、エネ
ルギー密度の低い場合（２４０ｍＪ／ｃｍ² より低い場
合）では、粒子径の結晶含量に対する依存度は小さくな
る。以下の説明は、図１１の結果に関連がある。入力レ
ーザーエネルギーの変化に対する粒子径の変動性は、微
結晶膜１４内において最適になる。これは、微結晶膜１
４における核形成処理が、埋め込まれた種結晶（微結晶
子１６）を利用して制御されるものだからである。ま
た、成膜速度を遅くして、アニール前における結晶含量
を最適化することで、粒子径をさらに増大できる。アニ
ール前の膜における微結晶含量と、選択されるエネルギ
ー密度とによっては、アニール後の膜における粒子径
を、非晶質シリコン膜に比して、少なくとも２〜３倍に
増加できる。

【０１０８】このモデルによって予測される一つの重要
な事項は、成膜された微構造物の関数である最適なレー
ザーエネルギー密度に関するものである。すなわち、エ
ネルギー密度を同一とすると、微結晶材料では、非晶質
材料に比して大きな粒子が生成される傾向がある。これ
は、同質の特性を得るために、小さなレーザーエネルギ
ーが必要であることと類似している（例えば、約３４０
ｎｍの粒子を有する膜を１０Å／ｓで成膜する場合、３
１０ｍＪ／ｃｍ² のエネルギーを必要とするが、膜を２
Å／ｓで成膜する場合、２５０ｍＪ／ｃｍ² だけでよ
い）。

【０１０９】従って、最適なエネルギー密度のレベル
は、非晶質膜に対するよりも微結晶膜１４に対する方が
小さく、これは重要な結果である。すなわち、使用する
レーザーエネルギー密度を低くすることで、基板へのダ
メージ、装置への応力および装置の消費量を減少できる
からである。

【０１１０】図１２は、ＰＥＣＶＤ成膜速度と、アニー
ル前の微結晶膜１４における結晶化率(crystallinityあ
るいはcrystalline fraction）との関係を、２つの計測
方法を用いて示すグラフである。ここで、２つの計測方
法とは、偏光解析法（spectroscopic ellipsometry）お
よびラマン分光法である。結晶化率は、微結晶膜１４全
体に対する、結晶化シリコンの割合である。成膜速度
は、溶融前の結晶化率に直結する（critical）ものであ
る。成膜速度が２Å毎秒（Å／ｓ）未満の場合、微結晶
膜１４の結晶化率は最大８０％となる。

【０１１１】また、０．０１〜５０％の範囲の結晶化率
を得るためには、成膜速度をより高くすればよい。ま
た、微結晶膜１４は、ＰＥＣＶＤ法によって、１０Å／
ｓ未満の成膜速度および約３８０℃の成膜温度で成膜さ
れることが好ましい。また、一般的に、本製造方法にお
けるＳ１（図１）における成膜によって得られる微結晶
膜１４の結晶化率は、５％〜６０％となることが好まし
く、１０％〜５０％となることがさらに好ましい。な
お、本製造方法で許容できる全体の範囲は、０．０１％
〜８０％である。

【０１１２】また、本製造方法によって、溶融前の結晶
子状態と、多結晶粒子の粒子径および均一性とを関連付
けることもできる。例えば、第一の微結晶子１６が３０
０Å以上と大きく、かつ密度が小さい場合、微結晶子１
６のほとんどはアニールの溶融段階を耐えうる。そし
て、一般的に、微結晶子１６がまばらに配置されている
場合、多結晶膜３１における粒子の径は大きくなる。

【０１１３】しかしながら、微結晶子１６の配置がまば
らすぎる場合、多結晶膜３１における粒子の径は、側方
成長現象（the phenomena of lateral growth)によって
制限される。すなわち、微結晶子１６間の距離が離れて
いる場合、微結晶子１６が小さいと、核形成位置から放
出された成長粒子は、互いに合体する機会を得る前に自
発的に核形成することになる。

【０１１４】従って、第一結晶子の粒子径が小さい場合
（１５０Å未満）、溶融段階において多くの微結晶子１
６が失われてしまう。従って、微結晶子１６が小さい場
合、アニール結晶化の後にも充分な数の種結晶を残すた
めには、微結晶子１６の密度を高めることが好ましい。

【０１１５】また、ＥＬＡ工程で使用されるエネルギー
密度も、本製造方法における重要な要素である。微結晶
膜１４に照射されるエネルギーは、微結晶膜１４の一部
を溶融させるのに充分に、また、この膜に非溶融の場所
を残すように供給されることが好ましい。

【０１１６】図１３は、透明基板（第一膜厚）１２上に
成膜された微結晶膜１４の膜厚と、ＥＬＡにおいて使用
されるエネルギー密度との関係を示すグラフである。一
般的に、本製造方法は、膜厚の厚いシリコン膜に好適で
あるが、成膜されたシリコン膜（図３における微結晶膜
１４）の膜厚は、５００Å以下とすることが好ましい。
従って、本製造方法のＳ１（図１）には、膜厚が１００
０Å以下の微結晶膜１４を成膜する工程を含んでいるこ
とが好ましい。

【０１１７】図１３に示すように、微結晶膜１４を部分
的に溶融させるためのエネルギー密度は、一般的に、１
７８〜５００ｍＪ／ｃｍ² の範囲である。また、好まし
いエネルギー密度の範囲は、２２０〜３２０ｍＪ／ｃｍ
² である。

【０１１８】また、図１３に示すように、ＥＬＡを用い
て微結晶膜１４をアニールするＳ２は、以下の式（２）
に基づいて行われることが好ましい。この式（２）は、
Ｓ２（図１）を実行するためにＥＬＡによって供給され
るエネルギー密度Ｅ（ｍＪ／ｃｍ² ）を、成膜された微
結晶膜１４における膜厚Ｔ（Å）に対して相対的に求め
るものである。

【０１１９】 Ｅ＝１７８＋３．１３×Ｔ （２） Ｓ１において供給されるエネルギー密度と、ＰＥＣＶＤ
の使用時における成膜速度との相互関係によれば、アニ
ール前の微結晶子１６の大きさと結晶含量とが、アニー
ルの後における種からの結晶成長を促す値であれば、多
結晶シリコン内の粒子は大きいほどよいといえる。

【０１２０】エネルギー密度が中〜高レベルの値である
場合、粒子径と結晶含量との相関関係が強くなり、平均
粒径が、結晶含量の増加とともに大きくなる（膜が低成
膜速度で形成される場合）。

【０１２１】以上のように、本製造方法は、新世代の高
性能ＴＦＴの開発のために、様々な点で貢献するもので
ある。本製造方法において得られる多結晶膜３１は、従
来の方法によって得られる膜に比して、粒径の大きな結
晶粒子を有している。このように、結晶粒子を大径かつ
一様とすることで、非常に良好なスイッチング特性、高
電子移動度、かつ膜全体において安定して動作するＴＦ
Ｔを得ることができる。

【０１２２】本製造方法によって製造された多結晶膜３
１を用いたＴＦＴは、優れたスイッチング特性を有して
いる。従って、従来では透明基板の周辺に配置されてい
た駆動回路を、基板上に直接配置できるようになってい
る。このように、本製造方法によれば、ＬＣＤの大きさ
および複雑さを減少できる。なお、本発明の他の実施形
態は、当業者にとって自明であろう。

【０１２３】なお、以下に、図１に示したＳ３のアニー
ル処理について補足的に説明する。透明基板１２となる
ガラスおよび石英基板には、比較的低い温度で劣化して
しまうという問題がある。通常、多結晶膜の製造では、
シリコンやシリコン−ゲルマニウム化合物などの非晶質
物質を透明基板上に堆積し、この非晶質物質を結晶化す
るように加熱処理（アニール処理）するようになってい
る。そして、通常、このアニール処理には、非晶質物質
を約６００℃以上に加熱できないという制限がある。こ
れは、この温度以上で加熱すると、透明基板を破壊して
しまうからである。

【０１２４】非晶質シリコンを多結晶シリコンに変態さ
せるアニール方法には、様々な方法がある。例えば、固
相結晶化方法（ＳＰＣ）は、加熱炉でシリコンを結晶化
するための一般的な方法である。この方法では、非晶質
シリコンは、６００℃に近い温度に数時間以上さらされ
る。

【０１２５】ところで、通常、ＳＰＣに用いられる熱
は、抵抗ヒーター熱源によって発生させるようになって
いるが、ＳＰＣに、当業者に公知の、以下に示すような
他のアニール法を応用することもできる。

【０１２６】高速熱アニール法（ＲＴＡ）は、非ＲＴＡ
加熱炉アニール法よりも高温まで膜を加熱するものであ
るが、加熱時間は非常に短い。すなわち、この方法で
は、比較的低温で加熱された面上あるいは感熱器上に、
非晶質膜および透明基板を配置するように設定されてい
る。そして、シリコンは、７００℃〜８００℃まで速や
かに加熱される。しかしながら、基板の温度上昇は鈍い
ため、膜の配置される透明基板の劣化を防止できるよう
になっている。

【０１２７】また、アニール処理を行う方法のひとつ
に、ハロゲン熱ランプ等、赤外線を発生する熱ランプを
用いる方法がある。本実施の形態では、このような熱ラ
ンプを用いてのシリコン膜のアニール方法を、ランプア
ニールあるいはランプアニール法と称している。

【０１２８】また、非晶質シリコンのアニールには、エ
キシマレーザーアニール（ＥＬＡ）やレーザーアニール
等の、エキシマレーザー方法（ＥＬＣ）も好適に用いら
れる。この方法では、エキシマレーザーエネルギーやレ
ーザーエネルギーをシリコン膜に照射するため、非晶質
膜を、非常に高温のビームにごく短時間だけさらすよう
になっている。この方法を用いれば、理論的には、非晶
質シリコンの配置された透明基板を劣化させることな
く、最適温度で非晶質シリコンをアニールできることに
なる。

【０１２９】しかしながら、この方法は、制御できない
処理工程を含んでいることで制限されている。すなわ
ち、通常、レーザーの開口径は、比較的小さいものであ
る。従って、レーザーの開口径や出力、膜の厚さによっ
ては、シリコンを完全にアニールするために、レーザー
の照射を複数回行わなければならないことがある。しか
しながら、レーザーを正確に制御することは困難なた
め、複数回のレーザー照射によって、アニール処理を不
均一にしてしまうことになる。

【０１３０】なお、本実施の形態では、エキシマレーザ
ー処理、エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）、および
レーザーアニールという語句は、全て、レーザーエネル
ギーによる加熱を意味することとする。

【０１３１】また、ＥＬＡ、エキシマレーザーアニー
ル、あるいはレーザー処理と表現する場合、これらにお
いて使用されるレーザーの動作は、パルス的あるいは間
欠的なものに限らない。本実施の形態においては、ＥＬ
Ａやその他のレーザー処理を用いる全ての工程におい
て、連続的なレーザーエネルギーも使用できる。

【０１３２】また、結晶シリコンの形成のために行う非
晶質シリコンに対するアニールにおいて引き起こされる
物理的変化は、詳しくは解明されておらず、この分野に
関する研究は継続的に行われている。非晶質シリコンに
対するアニールは、温度、膜厚、非晶質物質の溶融の度
合い、膜中の不純物、およびその他様々な要因に影響を
受ける。

【０１３３】一般に、多結晶膜内における結晶粒子の大
きさは、融点近傍における特定の温度で最大になる。こ
の好ましい温度より低い温度では、非晶質シリコンを十
分に溶融できず、大きな粒子領域を形成できない。一
方、この好ましい温度より高い温度では、大規模の核形
成が瞬時に引き起こされる。この非晶質物質の大規模な
核形成は、粒子の径を比較的小さくしてしまうととも
に、多結晶シリコンにおける低品質化の原因となる。

【０１３４】透明基板上に非晶質シリコンを成膜する方
法は、大径の粒子を含む多結晶膜の製造に非常に重要で
ある。この方法の一つに、化学的成膜法（ＣＶＤ；Chem
icalVapor Deposit）がある。この成膜法では、適当な
ＣＶＤ器（ＣＶＤ装置のチャンバー）の中で、加熱され
た感温器上に透明基板を配置し、シリコンおよび水素元
素を含む気体にさらす。すると、この気体が分解され、
基板上に固相のシリコンが残る。

【０１３５】また、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）シス
テムでは、元の気体の分解を、高周波（ＲＦ）エネルギ
ーによって補助するようになっている。低圧（ＬＰＣＶ
Ｄ）システムや超高負圧（ＵＨＶ−ＣＶＤ）システムで
は、元の気体を低圧で加熱分解する。光ＣＶＤシステム
では、元の気体の分解を光子エネルギーによって補助す
る。高密度プラズマＣＶＤシステムでは、誘導的に結合
されたプラズマ・ヘリコン源のような高密度プラズマ源
が使用される。熱導線ＣＶＤシステムでは、活性化され
た水素原子の生成によって、元の気体を分解するように
なっている。

【０１３６】キャリア移動度および膜の品質を向上する
には、アニールされた多結晶膜の粒子を大きくすること
が好ましい。また、この粒子の大きさを１５０ｎｍ〜７
００ｎｍの範囲、あるいはこの範囲以上に大きくするこ
とはさらに好ましい。

【０１３７】また、膜内における各粒子間の差を最小に
するために、そしてまた異なる粒子領域内のアクティブ
素子（active device)間の差を最小にするために、多結
晶膜３１内の粒子径を均一にすることは好ましいことで
ある。

【０１３８】さらに、透明基板上にシリコン膜を成膜
し、これを結晶化して多結晶シリコンを形成した場合、
多結晶膜における平均粒径を、シリコン膜のアニールに
用いる熱エネルギー値（任意の単位）に対して最適化
（可能な限り大きく）することも好ましい。

【０１３９】本発明によって、成膜されたシリコン膜を
結晶化して多結晶膜を形成する場合における、多結晶膜
内の結晶粒子径を最適化する方法を見い出せた。この方
法は、微結晶膜を基板上に成膜する工程を含んでいる。
そして、この方法では、成膜されたシリコン膜は、膜内
の微結晶子に溶融されない部分を残すように、部分的に
溶融される。その後、シリコン膜は、シリコン内の溶融
されていない微結晶子からの結晶成長によって結晶化さ
れる。その結果、最適な平均粒径（好ましくは等価径５
００ｎｍ以上、さらに好ましくは等価径１ミクロン以
上）の結晶粒子を有する多結晶膜を形成できる。

【０１４０】シリコン膜を部分的に溶融する工程には、
エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）を用いることが好
ましい。なお、この工程は、レーザーアニール、連続レ
ーザーアニール、あるいはその他の非パルスのレーザー
アニール処理によって行ってもよい。また、本実施の形
態の範囲で使用可能な、部分的にシリコン膜を溶融する
他の手段は、ランプアニールあるいは赤外線照射を用い
たＲＴＡである。

【０１４１】また、本実施の形態で用いる基板は、ガラ
スやその他の透明な基板を用いることが好ましい。ま
た、この基板に微結晶膜を成膜する工程では、微結晶膜
内に、平均粒径５Å〜５００Åの範囲の微結晶子を含ま
せることが好ましい。さらに、成膜されたシリコン膜内
の微結晶子の平均粒径は、１０Åを超えることが好まし
い。また、微結晶膜は、膜内の結晶化率（結晶度）が一
般的に０．０１％〜８０％の範囲で形成されることが好
ましい。さらに、微結晶膜における結晶化率を、一般的
に５％〜６５％の範囲で形成することが好ましい。この
ような特性を持つ微結晶膜の成膜は、プラズマＣＶＤ
（ＰＥＣＶＤ）を用いて、１０Å毎秒未満の成膜速度で
行われることが好ましい。成膜されたシリコン膜内の微
結晶子の大きさは、成膜速度が遅くなるにつれて増加す
る傾向がある。従って、微結晶子の大きさを最大にする
ために、ＰＥＣＶＤを用いて基板にシリコンを成膜する
際には、成膜速度を、７Å毎秒未満、さらに好ましくは
３Å毎秒未満とすることが好ましい。

【０１４２】上記したように、シリコン膜を部分的に溶
融する好ましい方法は、エキシマレーザーアニール（Ｅ
ＬＡ）を用いる方法である。厚さ２００Å〜１０００Å
の膜にＥＬＡを行う場合、ＥＬＡのエネルギー密度は、
一般的に、１９０ｍＪ／ｃｍ ² 〜５００ｍＪ／ｃｍ² に
設定されることが好ましい。シリコン膜の部分的な溶融
を最適化し、膜内の微結晶子に溶融されない部分を残す
ために、ＥＬＡで膜に照射されるエネルギー密度は、以
下の数式に従って全体の膜厚に関連付けられることが好
ましい。すなわち、エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ² ）Ｅ
を、微結晶膜の厚さをＴ（Å）として、「Ｅ＝１７８＋
３．１３×Ｔ」で表される値とすることが好ましい。

【０１４３】また、Ｓ２（図１参照）において微結晶膜
１４を溶融する好ましい方法としては、ＥＬＡの他に、
レーザーアニール（パルスではなく連続するレーザ
ー）、あるいはランプアニールを挙げることができる。
また、Ｓ２のアニール処理を、ランプアニールによって
行う場合、微結晶膜１４を部分的に溶融する工程におい
て、微結晶膜１４に対して、ＩＲエネルギーを矢印ＬＢ
のように照射すればよい。この場合、当業者に公知のよ
うに、ＩＲエネルギーは、微結晶膜１４の表面全体に対
して一度に照射される。

【０１４４】また、図５は、Ｓ２におけるアニール処理
の続きを示す説明図であるともいえる。さらに、図５に
おいて、残留した微結晶子１６は、ＥＬＡあるいはその
他のアニール処理の後でシリコン膜を結晶化する際に、
溶融領域２２において結晶粒子を形成するための種結晶
であるともいえる。また、図５において、膜領域２２
（図４のエキシマレーザービームＬＢの下方）は冷却し
たため、種結晶（図示せず）の周りには結晶粒子２８が
形成されており、結晶粒子３０は、微結晶子１６の周り
に粒子を形成するように、微結晶子１６から外側に向か
って成長するように結晶化されているということもでき
る。

【０１４５】また、非晶質物質１５中（図３参照）に埋
め込まれた種結晶としての微結晶子１６を含むことによ
って、比較的大径の、ほぼ一様な結晶粒子２８・３０
（図２参照）の形成が助けられるともいえる。また、本
発明のひとつの特徴点は、元の微結晶子１６の一部分を
溶融しない一方、選択的に非晶質物質１５を溶融するよ
うに、微結晶膜１４を加熱することである。非溶融の微
結晶子１６の数を（部分的な溶融アニール工程の後で）
制御することにより、多結晶膜における結晶粒子の平均
粒径を大きくできる。また、この部分的溶融によって、
図２に示した多結晶膜３１を形成できるともいえる。ア
ニール処理（あるいは部分融解）が終了すると、シリコ
ン膜は、残留する溶融されていない微結晶子からの結晶
成長によって結晶化される。この微結晶子によって、多
結晶シリコン膜中の結晶粒子の平均粒径を、アニール処
理で用いられる任意のエネルギー密度に対して、確実に
最適化できる。すなわち、この平均粒径を可能な限り大
きくできる。

【０１４６】また、図２に示した多結晶膜３１は、多結
晶ＴＦＴ膜，ＴＦＴ多結晶半導体膜あるいは多シリコン
膜と表現することもできる。また、図２は、ＬＣＤ１０
を示す説明図であるということもできる。この場合、Ｌ
ＣＤ１０の製造工程において、ＴＦＴ素子（図示せず）
は、微結晶膜１４から形成される。

【０１４７】図６は、図３に示す半導体基板１０を示す
ものであり、成膜された微結晶膜１４の２つの膜厚を示
しているともいえる。この場合、この図に示す微結晶膜
１４は、所定の第一膜厚３２と、この第一膜厚３２を覆
う所定の第二膜厚３４からなっていると表現できる。

【０１４８】図７は、微結晶膜１４を覆う、完全な非晶
質物質からなる、第二の膜３６をさらに含む図３に示す
半導体基板１０の部分断面図であるともいえる。また、
図７の構成に対するアニール処理は、微結晶膜１４を使
用することの利点を享受できるように、結晶領域を微結
晶膜１４から非晶質膜３６へ拡張する処理を含んでいて
もよい。

【０１４９】また、表１・２においては、開始材料の相
が、成膜された非晶質シリコン膜として非晶質シリコン
と表されており、成膜された微結晶膜１４としてμｃ−
Ｓｉと表されているともいえる。また、表２では、ピー
クずれおよびピークＦＷＨＭの平均値は、２つのグルー
プ間で大きく異なっており、形成膜が微結晶相で形成さ
れている時では、ピークずれは増加しており、ＦＷＨＭ
は減少しているともいえる。

【０１５０】また、本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の処理および製造の全般に関し、特に、微結晶膜か
らの多結晶膜、およびその製造方法に関するともいえ
る。また、透明基板は、シリコンやシリコン−ゲルマニ
ウム化合物などの非晶質物質からなる膜で被覆されてい
てもよい。また、図１のＳ１に示した成膜工程を、蒸着
によって行うようにしてもよい。

【０１５１】また、本発明は、以下の第１〜第４の多結
晶シリコン膜の結晶粒子径の最適化方法として表現する
こともできる。すなわち、第１の多結晶シリコン膜の結
晶粒子径の最適化方法は、シリコンを成膜・結晶化する
ことによって形成された多結晶シリコン膜の結晶粒子径
を最適化する方法において、基板上に微結晶シリコン膜
を成膜する工程と、微結晶子に溶融されない部分を残す
ように上記シリコン膜を部分的に溶融する工程と、この
シリコン膜における非溶融の微結晶子からの結晶成長に
よってシリコン膜を結晶化させ、基板上に最適な平均粒
径の多結晶シリコン膜を形成する工程とを含む方法であ
る。

【０１５２】また、第２の多結晶シリコン膜の結晶粒子
径の最適化方法は、成膜されたシリコンに対するエキシ
マレーザーアニール（ＥＬＡ）による結晶化によって形
成された多結晶シリコン膜の結晶粒子径を最適化する方
法において、基板上に微結晶シリコン膜を成膜する工程
と、シリコン膜を部分的に溶融するとともにシリコン膜
内の微結晶子のいくつかを非溶融のまま残すようなエネ
ルギー密度を選択して行うＥＬＡによって、シリコン膜
をアニールする工程と、シリコン膜内の非溶融の微結晶
子からの結晶成長によってシリコン膜を結晶化させ、基
板上に最適な平均粒径の多結晶シリコン膜を形成する工
程とを含む方法である。

【０１５３】また、第３の多結晶シリコン膜の結晶粒子
径の最適化方法は、第２の多結晶シリコン膜の結晶粒子
径の最適化方法において、基板上に微結晶シリコン膜を
成膜する工程の後に、完全な非結晶物質からなる第二の
膜を、基板上に微結晶シリコン膜を成膜する工程で形成
された微結晶膜を覆うように成膜する工程をさらに含
み、シリコン膜をアニールする工程でのアニールは、微
結晶膜から上記第二膜へ結晶領域を拡張する工程を含
み、完全な非結晶膜を使用することにより膜の成膜速度
を向上できる方法である。

【０１５４】また、第４の多結晶シリコン膜の結晶粒子
径の最適化方法は、成膜されたシリコンに対するエキシ
マレーザーアニール（ＥＬＡ）による結晶化によって形
成された多結晶シリコン膜の結晶粒子径を最適化する方
法において、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）器に基板を
配置する工程と、ＰＥＣＶＤによって基板上にシリコン
膜を成膜し、成膜されたシリコン膜内に微結晶子を形成
するために、ＰＥＣＶＤ器内に反応ガスを導入する工程
とを含み、シリコン膜を部分的に溶融し、かつ該膜内の
微結晶のいくつかを非溶融のまま残すように選択された
エキシマレーザーエネルギー（密度）を、シリコン内に
残留している微結晶子から結晶成長が起こるように、シ
リコン膜に照射することによって、シリコン膜を結晶化
して多結晶シリコンを形成し、これにより最適な粒子径
を持つ多結晶シリコンの膜が基板上に形成される方法で
ある。

【０１５５】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体基板の製
造方法（本製造方法）は、基板と半導体膜とが積層され
てなる半導体基板の製造方法において、半導体材料から
なる複数の微結晶子を含む微結晶膜を基板上に成膜する
成膜工程と、微結晶膜における一部の微結晶子の溶融を
回避するように、微結晶膜を溶融する溶融工程と、微結
晶膜内で溶融されずに残留した微結晶子からの結晶成長
によって、微結晶膜を多結晶化させる結晶成長工程とを
含む方法である。

【０１５６】本製造方法では、微結晶膜に微結晶子を含
めるように成膜が行われ、微結晶膜における全ての微結
晶子を溶融させないように、アニール方法を適切に設定
するようになっている。従って、溶融工程の後でも、微
結晶膜内には、所定数の微結晶子が残留した状態とな
る。そして、微結晶膜内に残留している微結晶子を種結
晶として、微結晶膜を多結晶化するようになっている。
これにより、基板と多結晶膜との積層構造を有する半導
体基板を製造することが可能となる。

【０１５７】また、微結晶子の数，大きさおよび分布状
態を適切に設定することで、多結晶膜における結晶粒子
の大きさを最適化することもできる。すなわち、本製造
方法によれば、多結晶膜における結晶粒子の平均粒径
を、５００ｎｍ以上あるいは１ミクロン以上とすること
ができる。さらに、微結晶膜における各微結晶子の結晶
配向性を揃えることで、多結晶膜における結晶粒子に、
一様な結晶配向性を与えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態にかかる半導体基板の製
造方法における処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【図２】上記製造方法によって製造される半導体基板を
示す説明図である。

【図３】上記製造方法における成膜処理を示す説明図で
ある。

【図４】上記製造方法におけるアニール処理を示す説明
図である。

【図５】上記製造方法におけるアニール処理および結晶
成長処理を示すための説明図である。

【図６】上記製造方法によって製造される他の半導体基
板を示す説明図である。

【図７】上記製造方法によって製造される他の半導体基
板を示す説明図である。

【図８】上記製造方法に用いられる微結晶膜と従来の非
晶質膜とにおける、平均粒子径の相関関係を示すグラフ
である。

【図９】ＰＥＣＶＤによって成膜された微結晶膜におけ
る、微結晶子の大きさと成膜速度との関係を示すグラフ
である。

【図１０】アニール後における結晶粒子の平均粒子径
と、ＰＥＣＶＤの成膜速度との関係を示すグラフであ
る。

【図１１】アニール処理に用いるＥＬＡレーザーエネル
ギー密度と、アニール後の粒子径との関係を示すグラフ
である。

【図１２】ＰＥＣＶＤ成膜速度と、アニール前の微結晶
膜における結晶化率との関係を示すグラフである。

【図１３】基板（第一膜厚）上に成膜された微結晶膜の
膜厚と、ＥＬＡにおいて使用されるエネルギー密度との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１２ 透明基板 １４ 微結晶膜 １５ 非結晶物質 １６ 微結晶子 ２８，３０ 結晶粒子 ３１ 多結晶膜 ３６ 非晶質膜

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と半導体膜とが積層されてなる半導体
   基板の製造方法において、 半導体材料からなる複数の微結晶子を含む微結晶膜を基
   板上に成膜する成膜工程と、 微結晶膜における一部の微結晶子の溶融を回避するよう
   に、微結晶膜を溶融する溶融工程と、 微結晶膜内で溶融されずに残留した微結晶子からの結晶
   成長によって、微結晶膜を多結晶化させる結晶成長工程
   とを含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
2. 【請求項２】上記溶融工程が、レーザーアニールによっ
   て行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体基
   板の製造方法。
3. 【請求項３】上記溶融工程が、ランプアニールによって
   行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板
   の製造方法。
4. 【請求項４】上記レーザーアニールは、エキシマレーザ
   ーアニールであることを特徴とする請求項２に記載の半
   導体基板の製造方法。
5. 【請求項５】上記成膜工程において微結晶膜内に含める
   微結晶子の平均粒径を、５Å〜５００Åの範囲とするこ
   とを特徴とする請求項４に記載の半導体基板の製造方
   法。
6. 【請求項６】溶融前の微結晶膜上に非晶質膜を成膜する
   第２の成膜工程を含んでいることを特徴とする請求項４
   に記載の半導体基板の製造方法。
7. 【請求項７】上記成膜工程において成膜される微結晶膜
   の結晶化率が、０．０１％〜８０％となることを特徴と
   する請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
8. 【請求項８】上記成膜工程において成膜される微結晶膜
   の結晶化率が、５％〜６５％となることを特徴とする請
   求項４に記載の半導体基板の製造方法。
9. 【請求項９】上記成膜工程において成膜される微結晶膜
   の結晶化率が、１０％〜５０％となることを特徴とする
   請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
10. 【請求項１０】上記成膜工程は、プラズマ強化化学的成
    膜（ＰＥＣＶＤ）法により、１０Å毎秒未満の成膜速度
    で微結晶膜を成膜する工程であることを特徴とする請求
    項４に記載の半導体基板の製造方法。
11. 【請求項１１】上記成膜工程は、プラズマ強化化学的成
    膜（ＰＥＣＶＤ）法により、７Å毎秒未満の成膜速度で
    微結晶膜を成膜する工程であることを特徴とする請求項
    ４に記載の半導体基板の製造方法。
12. 【請求項１２】上記成膜工程は、プラズマ強化化学的成
    膜（ＰＥＣＶＤ）法により、３Å毎秒未満の成膜速度で
    微結晶膜を成膜する工程であることを特徴とする請求項
    ４に記載の半導体基板の製造方法。
13. 【請求項１３】上記成膜工程は、１０００Å以下の膜厚
    を有する微結晶膜を成膜する工程であり、 上記溶融工程において微結晶膜に照射されるエキシマレ
    ーザーのエネルギー密度が、１９０ｍＪ／ｃｍ² 〜５０
    ０ｍＪ／ｃｍ² の範囲にあることを特徴とする請求項４
    に記載の半導体基板の製造方法。
14. 【請求項１４】上記溶融工程において微結晶膜に照射さ
    れるエキシマレーザーのエネルギー密度Ｅ（ｍＪ／ｃｍ
    ² ）を、上記成膜工程において成膜される微結晶膜の厚
    さをＴ（Å）とすると、 Ｅ＝１７８＋３．１３×Ｔ によって表される値とすることを特徴とする請求項４に
    記載の半導体基板の製造方法。
15. 【請求項１５】上記成膜工程は、 基板をプラズマ強化化学的成膜装置のチャンバー内に配
    置する工程と、 上記チャンバー内に、膜中に微結晶子を形成するように
    選ばれた流量で反応ガスを導入して、微結晶膜を成膜す
    る工程とを含んでいることを特徴とする請求項４に記載
    の半導体基板の製造方法。
16. 【請求項１６】上記成膜工程において成膜される微結晶
    膜の結晶化率が、１０％〜５０％となることを特徴とす
    る請求項１５に記載の半導体基板の製造方法。
17. 【請求項１７】上記成膜工程は、プラズマ強化化学的成
    膜（ＰＥＣＶＤ）法により、１０Å毎秒未満の成膜速度
    で微結晶膜を成膜する工程であることを特徴とする請求
    項１５に記載の半導体基板の製造方法。
18. 【請求項１８】上記成膜工程は、プラズマ強化化学的成
    膜（ＰＥＣＶＤ）法により、７Å毎秒未満の成膜速度で
    微結晶膜を成膜する工程であることを特徴とする請求項
    １５に記載の半導体基板の製造方法。
19. 【請求項１９】上記成膜工程は、プラズマ強化化学的成
    膜（ＰＥＣＶＤ）法により、３Å毎秒未満の成膜速度で
    微結晶膜を成膜する工程であることを特徴とする請求項
    １５に記載の半導体基板の製造方法。
20. 【請求項２０】上記成膜工程は、１０００Å以下の膜厚
    を有する微結晶膜を成膜する工程であり、 上記溶融工程において微結晶膜に照射されるエキシマレ
    ーザーのエネルギー密度が、１９０ｍＪ／ｃｍ² 〜５０
    ０ｍＪ／ｃｍ² の範囲にあることを特徴とする請求項１
    ５に記載の半導体基板の製造方法。