半導体装置の作製方法
【課題】結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製し、さらにその結晶質半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより高速動作を可能にする。
【解決手段】基板１上に、島状で且つ端部にテーパーを有する膜２を設け、無機絶縁膜３、非晶質半導体膜を形成する。そして、レーザーアニールにより非晶質半導体膜を結晶化させる。島状で且つ端部にテーパーを有する膜２または無機絶縁膜３の材料及び膜厚を適宜調節することによって半導体膜の冷却速度を遅くして結晶粒径の大きな第１領域４ａを形成する。
【解決手段】基板１上に、島状で且つ端部にテーパーを有する膜２を設け、無機絶縁膜３、非晶質半導体膜を形成する。そして、レーザーアニールにより非晶質半導体膜を結晶化させる。島状で且つ端部にテーパーを有する膜２または無機絶縁膜３の材料及び膜厚を適宜調節することによって半導体膜の冷却速度を遅くして結晶粒径の大きな第１領域４ａを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
ガラスなどの透光性を有する絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザーアニール法や熱アニール法などで結晶化させた結晶質半導体膜を活性層とした薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:以下、ＴＦＴと記す）が開発されている。絶縁基板には、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板が多くの場合用いられている。このようなガラス基板は石英基板と比べ耐熱性は劣るものの市販価格は安価であることから、大面積基板を容易に製造できる利点を有している。
【０００４】
レーザーアニール法はガラス基板の温度をあまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として知られている。特に、短波長領域で大出力が得られるエキシマレーザーはこの用途において最も適していると考えられている。エキシマレーザーを用いたレーザーアニール法は、レーザービームを被照射面においてスポット状や線状となるように光学系で加工し、その加工されたレーザー光で被照射面を走査すること（レーザー光の照射位置を被照射面に対して相対的に移動させる）により行う。例えば、線状レーザー光を用いたエキシマレーザーアニール法は、その長手方向と直角な方向だけの走査で被照射面全体をレーザーアニールすることも可能であり、生産性に優れることからＴＦＴを用いる液晶表示装置の製造技術として主流となりつつある。
【０００５】
レーザーアニール法は様々な半導体材料の結晶化に適用できる。しかし、これまでのところ、ＴＦＴの活性層には、結晶質珪素膜を用いることで高い電界効果移動度を実現してきた。そして、その技術は一枚のガラス基板上に画素部を形成する画素ＴＦＴと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを形成したモノリシック型の液晶表示装置を可能とした。
【０００６】
しかしながら、レーザーアニール法で作製される結晶質珪素膜は複数の結晶粒が集合した形で形成され、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであった。従って、結晶粒の位置や大きさを指定して形成することはできなかった。結晶粒の界面（結晶粒界）には、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心や結晶粒界におけるポテンシャル準位の影響により、キャリアの電流輸送特性を低下させる原因があった。しかし、結晶の性質がＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、結晶粒界の影響を排除して、単一の結晶粒で形成することは殆ど不可能であった。そのため結晶質シリコン膜を活性層とするＴＦＴは、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは今日まで得られていない。
【０００７】
このような問題点を解決する方法として、結晶粒を大きくすると共に、その結晶粒の位置を制御して、チャネル形成領域から結晶粒界をなくすことは有効な手段として考えられる。例えば、「"Location Control of Large Grain Following Excimer-Laser Melting of Si Thin-Films", R.Ishihara and A.Burtsev, Japanese Journal of Applied Physics vol.37, No.3B, pp1071-1075,1988」には、シリコン膜の温度分布を３次元的に制御して結晶の位置制御と大粒径化を実現する方法が開示されている。その方法によれば、ガラス基板上に高融点金属を成膜して、その上に部分的に膜厚の異なる酸化シリコン膜を形成し、その表面に非晶質シリコン膜を形成した基板の両面からエキシマレーザー光を照射することにより結晶粒径を数μｍに大きくできることが報告されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記Ishiharaらの方法は、非晶質シリコン膜の下地材料の熱特性を局所的に変化させて、基板への熱の流れを制御して温度勾配を持たせることを特徴としている。しかしながら、そのためにガラス基板上に高融点金属層／酸化シリコン層／半導体膜の３層構造を形成している。この半導体膜を活性層としてトップゲート型のＴＦＴを形成することは構造的には可能であるが、半導体膜と高融点金属層との間に設けられた酸化シリコン膜により寄生容量が発生するので、消費電力が増加し、ＴＦＴの高速動作を実現することは困難となる。
【０００９】
一方、上記Ishiharaらの方法は、高融点金属層をゲート電極とすることにより、ボトムゲート型または逆スタガ型のＴＦＴに対しては有効に適用できうると考えられる。しかし、前記３層構造において、半導体膜の厚さを除いたとしても、高融点金属層と酸化シリコン層の膜厚は、結晶化工程において適した膜厚と、ＴＦＴ素子としての特性において適した膜厚とは必ずしも一致しないので、結晶化工程における最適設計と素子構造の最適設計とを両方同時に満足することはできない。
【００１０】
また、透光性のない高融点金属層をガラス基板の全面に形成すると、透過型の液晶表示装置を製作することは不可能である。高融点金属層は熱伝導率が高いという点では有用であるが、高融点金属材料として使用されるクロム（Ｃｒ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は内部応力が高いので、ガラス基板との密着性に問題が生じる可能性が高い。さらに、内部応力の影響はこの上層に形成する半導体膜へも及び、形成された結晶性半導体膜に歪みを与える力として作用する可能性が大きい。
【００１１】
一方、ＴＦＴにおいて重要な特性パラメータであるしきい値電圧（以下、Ｖthと記す）を所定の範囲内に制御するためには、チャネル形成領域の価電子制御の他に、活性層に密接して絶縁膜で形成する下地膜やゲート絶縁膜の荷電欠陥密度を低減させることや、その内部応力のバランスを考慮する必要があった。このような要求に対して、酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜などの珪素を構成元素として含む材料が適していた。従って、温度勾配を持たせるために高融点金属層を設けることは、そのバランスを崩してしまうことが懸念される。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決するための技術であり、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製し、さらにその結晶質半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより高速動作が可能なＴＦＴを実現する。さらに、そのようなＴＦＴを透過型の液晶表示装置やＥＬ表示装置などのさまざまな半導体装置に適用できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書で開示する発明の構成は、
透光性を有する基板に接して所定の形状を有する有機樹脂膜と、
前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜に接して結晶質半導体膜とを有し、
前記有機樹脂膜の上方に前記無機絶縁膜を介して前記結晶質半導体膜が存在していることを特徴とする半導体装置である。
【００１４】
上記無機絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であり、その膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍとする。
【００１５】
また、他の発明の構成として、前記基板と前記有機樹脂膜の間に下地絶縁膜を有している構成としてもよい。
【００１６】
また、前記有機樹脂膜は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポリイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テフロン、フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザンから選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であって、その有機樹脂膜の熱伝導率は、１．０Ｗｍ-1Ｋ-1以下であることを特徴としている。
【００１７】
また、上記有機樹脂膜が、感光性を有していればパターニングを簡単に行うことができるため好ましい。
【００１８】
また、上記構造を実現するための発明の構成は、 透光性を有する基板上に接して有機樹脂膜を形成した後、前記有機樹脂膜を所定の形状にパターニングし、 前記所定の形状を有する有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を形成し、 前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成し、 前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射することによって、第１領域と、前記第１領域とは結晶粒径が異なる第２領域とを有する結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００１９】
また、前記第１領域における結晶粒径は、前記第２領域における結晶粒径より大きい。
【００２０】
なお、前記第１領域は、前記結晶質半導体膜のうち、下方に前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜を有している領域である。また、前記第２領域は、前記結晶質半導体膜のうち、下方に前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜を有していない領域である。
【００２１】
上記第１領域をＴＦＴのチャネル形成領域として用いれば、優れたＴＦＴ特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【００２２】
また、他の発明の構成は、 透光性を有する基板上に接して有機樹脂膜を形成し、 前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を形成し、 前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成し、 レーザー光を照射して前記非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２３】
また、上記作製方法において、無機絶縁膜と前記非晶質半導体膜は、大気にふれることなく連続して形成してもよい。
【００２４】
また、上記作製方法において、上記レーザー光は、前記基板の表面側から照射してもよいし、前記基板の表面側および裏面側から同時に照射してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の結晶化の技術を用いることにより、結晶の位置と結晶粒径の大きさが制御された結晶質半導体膜を作製することができる。所定の形状を有する有機樹脂膜の配置に従って結晶粒径の大きな結晶質半導体膜の位置が決定される。また、有機樹脂膜の材料及び膜厚、または無機絶縁膜の材料及び膜厚を調節することにより、結晶粒径の大きな領域を選択的に形成することができる。また、この結晶粒径の大きな領域は非常に格子欠陥密度が小さく、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域として用いた場合、優れた電気特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の構成を説明する図。
【図２】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を示す断面図。
【図３】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を示す断面図。
【図４】本発明の構成を説明する図。（実施例３）
【図５】本発明の構成を説明する図。（実施例４）
【図６】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図７】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図８】ＴＦＴの作製工程を示す上面図。
【図９】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１０】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１１】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１２】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１３】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１４】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す上面図である。
【図１５】アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造図である。
【図１６】ＡＭ−ＬＣＤの外観を示す図。
【図１７】アクティブマトリクス型液晶表示装置における１画素を示す上面図。
【図１８】レーザーアニ−ル装置の構成を示す図。
【図１９】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。
【図２０】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。
【図２１】ＥＬ表示装置の構成を示す上面図。
【図２２】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。
【図２３】ＥＬ表示装置の構成を示す回路図。
【図２４】電子機器の一例を示す図。
【図２５】電子機器の一例を示す図。
【図２６】電子機器の一例を示す図。
【図２７】作製工程を示す断面図。
【図２８】レーザー照射方法を示す断面図。
【図２９】結晶粒径の大きさを示すＳＥＭ写真図。
【図３０】結晶成長の位置を示すＳＥＭ写真図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本願発明の実施形態について、以下に説明する。
【００２８】
本発明人らは、従来のレーザー結晶化によるポリシリコン膜の形成において、結晶粒径が小さい原因は、溶融後のシリコン層の冷却速度が速く、核発生密度が大きくなり、１つの結晶核からの十分な結晶成長が阻害されているためであると考えた。そこで、本発明人らは、固相状態へ変化する際に上層のシリコン層から下層の酸化シリコン層および基板への熱拡散を抑え、溶融後のシリコン層の冷却速度を小さくすれば、粒径の大きな結晶の形成が可能であると思いたった。
【００２９】
本発明は、図１に示すように、絶縁表面を有する基板１上に有機樹脂膜２を選択的に形成し、有機樹脂膜２に接して珪素を含む無機絶縁膜３を形成し、その上に非晶質半導体膜を形成した状態を得た後、レーザーアニ−ル法による結晶化を行うことを特徴としている。
【００３０】
レーザーアニール法では、照射するレーザー光（またはレーザービーム）の条件を最適なものとすることにより半導体膜を加熱溶融させ、結晶核の発生密度とその結晶核からの結晶成長を制御しようとしている。
【００３１】
図１において破線で区別した領域Ａは、基板１と無機絶縁膜３との間に有機樹脂膜２を有している領域を指し、領域Ａに位置する半導体膜を第１領域４ａと呼ぶ。また、領域Ｂは、基板１と無機絶縁膜３との間に有機樹脂膜２を有していない領域を指し、領域Ｂに位置する半導体膜を第２領域４ｂと呼ぶ。
【００３２】
図１８はレーザーアニール装置の構成の一例を示す図である。レーザー光発生装置８０１にはエキシマレーザーやアルゴンレーザーやＹＡＧレーザーなどを適用する。ただし、ＹＡＧレーザーにおいては第２高調波を用いればよい。レーザー光発生装置８０１から発せられたレーザービームはビームエキスパンダー８０２、８０３によりレーザービームを一方向に広げ、ミラー８０４によって反射したレーザービームは、シリンドリカルレンズアレイ８０５で分割され、シリンドリカルレンズ８０６、８０７によって、線幅１００〜１０００μｍの線状ビームにして、試料面に照射領域８１０を形成するように照射する。基板８０８はＸ方向、Ｙ方向、Θ方向に動作可能なステージ８０９に保持される。そして、照射領域８１０に対し、ステージ８０９を動かすことにより、基板８０８の全面に渡ってレーザーアニールを施すことができる。このとき、基板８０８は大気雰囲気中に保持しても良いし、減圧下または不活性ガス雰囲気中に保持して結晶化を行っても良い。
【００３３】
なお、レーザーアニール法では、特に、波長４００nm以下のレーザー光を発するエキシマレーザーを光源に使用すると、半導体膜を優先的に加熱することができるので適している。エキシマレーザーのパルス幅は数nsec〜数十nsec、例えば３０nsecであるので、パルス発振周波数を３０Ｈｚとして照射すると、半導体膜はパルスレーザー光により瞬時に加熱され、その加熱時間よりも遥かに長い時間冷却されることになる。レーザー光の照射が終わった直後からは無機絶縁膜２を通して熱が拡散するので、領域Ｂの方が急激に冷却が始まり固相状態へ変化するのに対し、領域Ａでは有機樹脂膜３の存在により領域Ｂと比較して半導体膜から基板への熱拡散が抑えられ、冷却速度が小さくなる。
【００３４】
結晶核は溶融状態から固相状態へ移る冷却過程で生成形成されるものと推定されているが、その核発生密度は、溶融状態の温度と冷却速度とに相関があり、高温から急冷されると核発生密度が高くなる傾向が経験的知見として得られている。従って、溶融状態から急激に冷却される第２領域４ｂ（領域Ｂに位置する半導体膜）では、結晶核の発生密度が第１領域４ａ（領域Ａに位置する半導体膜）よりも高くなり、ランダムに結晶核が発生することにより複数の結晶粒が形成され、かつ第１領域４ａに生成される結晶粒よりも粒径が相対的に小さくなる。一方、第１領域４ａではレーザー光の照射条件と、有機樹脂膜２および無機絶縁膜３を最適なものとすることで、溶融状態の温度とその冷却速度を制御することが可能となり、結晶核の発生数を抑え、大粒径の結晶を成長させることができる。
【００３５】
なお、絶縁表面を有する基板１としては、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板や石英基板等を用いることができるが、透光性を有する点と、安価である点と、大面積基板を容易に製造できる点でガラス基板を用いることが望ましい。
【００３６】
有機樹脂膜２は、基板上においてＴＦＴの活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）の配置に合わせて、同様に島状またはストライプ状に分割して形成する。その大きさは、例えばＴＦＴの大きさに合わせて０．３５×０．３５μｍ2（チャネル長×チャネル幅）としたサブミクロンサイズとしても良いし、８×８μｍ2、８×２００μｍ2または１２×４００μｍ2などとすることができる。少なくともＴＦＴのチャネル形成領域の位置と大きさに合わせて有機樹脂膜２を形成することにより、この上に形成される結晶粒径の大きな結晶質半導体膜でチャネル形成領域を形成することが可能となる。
【００３７】
また、有機樹脂膜２としては、熱伝導率が１．０Ｗｍ-1Ｋ-1以下、好ましくは０．３Ｗｍ-1Ｋ-1以下であれば特に限定されない。この有機樹脂膜２の熱伝導率は、基板（石英ガラス：１．４Ｗｍ-1Ｋ-1）及び有機樹脂膜上に接する珪素を含む無機絶縁膜（１〜２Ｗｍ-1Ｋ-1）と比べて非常に低いため、十分に半導体膜から基板への熱拡散が抑えられる。
【００３８】
例えば、上記有機樹脂膜２として、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポリイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テフロン、フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザン等が挙げられる。中でも、耐熱性が４５０℃程度と高く、耐プラズマ性を有し、且つ平坦性を有するＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂が本発明に最も好ましい。
【００３９】
また、有機樹脂膜２に無機絶縁膜３や非晶質半導体膜等を積層するため、表面が平坦となるスピンコート法により形成することが望ましく、パターニングされた有機樹脂膜の端部はテーパ−形状として、カバレッジを良好なものとすることが望ましい。また、スピンコート法で代表される塗布法を用いて有機樹脂膜を形成すれば、ＣＶＤ装置を用いた無機絶縁膜に比べコストが格段に低く、複雑な成膜プロセスを必要としないため有利である。また、パターン加工の面においても感光性の有機樹脂膜を用いれば、フォトレジストによるフォトリソグラフィを必要としないため工程を削減することができる。また、感光性の有機樹脂膜を用いない場合においても、無機絶縁膜のエッチングに比べ基板や下地絶縁膜とのエッチングレートが確保しやすく、制御性も高いため有利である。
【００４０】
また、有機樹脂膜の膜厚は、１００ｎｍ〜５００ｎｍとすることが望ましい。
この膜厚を調節することによって、結晶化工程における冷却速度を制御することができる。なお、１００ｎｍより薄い膜厚とした場合、平坦性が悪化してしまう。また、５００ｎｍより厚い膜厚とした場合、段差が大きすぎて積層膜を形成することが困難になってしまう。
【００４１】
また、珪素を含む無機絶縁膜としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、またはスパッタ法により酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜、または、それらの積層膜を適宜用いることができる。この無機絶縁膜は、基板及び有機樹脂膜からの不純物拡散を防ぐ役目と、積層される半導体膜との密着性を向上させる役目を果たしている。また、有機樹脂膜としてＢＣＢ樹脂（４５０℃）を用い、酸化珪素膜で覆った基板は５５０℃程度の加熱処理に耐えることができる。このように、無機絶縁膜は、有機樹脂膜を保護する役目を果たすとともに、有機樹脂膜の耐熱性を向上させる効果をも有している。
【００４２】
また、この珪素を含む無機絶縁膜の膜厚は、５０ｎｍ〜２００ｎｍとする。この無機絶縁膜の膜厚が２００ｎｍより厚くなると、半導体膜から基板への熱拡散を抑えられなくなる可能性が高い。また、無機絶縁膜の膜厚が５０ｎｍより薄くなるとカバレッジが悪くなり有機樹脂膜を覆いきれなくなる恐れがある。
【００４３】
また、珪素を含む無機絶縁膜上に形成する非晶質半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。また、非晶質半導体膜の成膜方法は、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いればよい。
【００４４】
本発明は、上記無機絶縁膜３の材料及び膜厚、または上記有機樹脂膜２の材料及び膜厚により冷却速度を調節して結晶粒径を制御することができ、さらに上記有機樹脂膜２の配置により大きな粒径の結晶の位置を制御することができる。
【００４５】
図２を用い、本発明の作製方法における実施の形態の一例として島状の結晶質半導体膜の作製例を簡略に示す。
【００４６】
まず、無アルカリガラス基板等からなる基板１上に有機樹脂膜を形成し、パターニングを施して所望の形状（島状またはストライプ状）の有機樹脂膜２を形成する。（図２（Ａ））
【００４７】
次いで、有機樹脂膜２を覆う無機絶縁膜３を形成する。続いて、無機絶縁膜３上に非晶質半導体膜４を形成する。（図２（Ｂ））また、ここで大気に触れさせずに無機絶縁膜３と非晶質半導体膜４とを連続成膜して不純物の混入を低減してもよい。
【００４８】
次いで、レーザー光５を照射して非晶質半導体膜の結晶化を行い結晶質半導体膜４ａ、４ｂを形成する。（図２（Ｃ））
【００４９】
次いで、結晶質半導体膜をパターニングし、第１領域４ａからなる島状の結晶質半導体膜６、７を完成する。（図２（Ｄ））
【００５０】
以下、図２に示した工程により形成された島状の結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）に用い、公知の方法に従ってＴＦＴを作製すれば、優れた電気特性を有する半導体装置が得られる。
【００５１】
また、図３（Ｃ）に示すように、絶縁表面を有する基板９０１上に、有機樹脂膜９０２を全面に形成し、有機樹脂膜９０２に接して珪素を含む無機絶縁膜９０３を設け、その上に非晶質半導体膜９０４を形成した状態を得た後、レーザー結晶化を行ってもよい。ただし、この場合においては、有機樹脂膜９０２の材料や膜厚で冷却速度を調節することはできるが、大きな粒径の結晶の位置を制御することは困難である。なお、プラスチック基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザー結晶化させた場合と比較した場合、結晶化の冷却速度は低下するが、その冷却速度を調節することは不可能であった。
【００５２】
また、図４に示したように下地絶縁膜４０５を設けてもよい。この下地絶縁膜４０５は、基板４０１からの不純物拡散を防ぐとともに、基板４０１と有機樹脂膜４０２との密着性の向上を図ることができる。
【００５３】
なお本明細書中の「冷却速度」は、レーザー光による溶融後の半導体膜における冷却速度を指している。
【００５４】
また、図５に示したように、結晶化の工程は、通常のレーザーアニール法のみが適用されるものでなく、基板の表面側及び裏面側からレーザー光を同時に照射してもよい。また、レーザー光は、パルス発振型または連続発光型を用いてもよい。また、レーザー光は、光学系にて線状ビーム、スポット状ビーム、面状ビームなどとすることが可能であり、その形状に限定されるものはない。
【００５５】
また、基板を加熱させながらレーザーアニ−ル法を行ってもよい。また、熱アニール法とレーザーアニール法とを組み合わせても良い。また、触媒元素を用いる結晶化法を応用しても良い。
【００５６】
以上の構成でなる本願発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【実施例１】
【００５７】
本発明を利用して島状にパターニングされた結晶質半導体膜（本実施例では結晶質珪素膜）を作製する工程について説明する。以下、図２を用いて本実施例を示す。
【００５８】
まず、透光性を有する基板１上に有機樹脂膜（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）
をスピンコート法等により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、ＢＣＢ膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。
なお、本実施例で用いたＢＣＢ膜の膜厚は、スピン回転数により膜厚を容易に制御することができる。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【００５９】
次いで、ＢＣＢ膜を公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ドライエッチングにより島状の有機樹脂膜２を形成する。（図２（Ａ））本実施例では、Ｏ2とＣＦ4との混合ガスを用いてドライエッチングを行った。ただし、島状の有機樹脂膜２の位置については、後の工程で形成する島状の結晶質珪素膜に合わせて形成する。また、有機樹脂膜として感光性を有する材料を用いれば、レジストを用いることなく、パターニングを行え、製造工程の短縮化ができる。
【００６０】
次いで、島状の有機樹脂膜２を覆って公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍの無機絶縁膜３を形成する。無機絶縁膜３としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜を用いる場合は、内部応力のバランスを考慮することが必要である。この無機絶縁膜３は基板からの不純物拡散を防ぐ目的と、後で形成される半導体膜との密着性の向上させる目的と、後でエッチングされる半導体膜との選択比を確保する目的とによって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。
【００６１】
次いで、無機絶縁膜３上に非晶質半導体膜４を形成する。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５５ｎｍの非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を形成した。（図２（Ｂ））また、非晶質構造を含む半導体膜であれば非晶質珪素膜に限定されず、例えば微結晶半導体膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜３と非晶質半導体膜４とを大気に触れさせずに連続成膜を行ってもよい。
【００６２】
次いで、非晶質半導体膜４の結晶化をレーザーアニ−ル法により行う。レーザービームとしては幅１００〜１０００μｍの線状ビームを用い、図２（Ｃ）に示すように基板表面側から照射する。本実施例では、パルス発振型のエキシマレーザーを光源とするレーザー照射装置を用いた。（図２（Ｃ））
【００６３】
このレーザー光の結晶化工程において、パルス状のレーザー光が照射されると、非晶質珪素膜は瞬時に加熱され溶融状態となる。この後、領域Ａにおいては、溶融状態の珪素膜の下面から無機絶縁膜３を通じ、有機樹脂膜２、基板１へと順次に熱が伝導することで、溶融状態の珪素膜は徐々に冷却されていく。
【００６４】
一方、領域Ｂにおいては、溶融状態の珪素膜の下面から無機絶縁膜３を通じ、基板１へと順次に熱が伝導し、溶融状態の珪素膜は急激に冷却されていく。
【００６５】
従って、有機樹脂膜２が存在しない領域Ｂではレーザー照射後にシリコンが急激に冷却されてしまうため、結晶粒径が小さくなる。しかし、有機樹脂膜２が存在する領域Ａでは、徐々に冷却されるため、結晶化速度が遅くなり結晶粒径の大きな多結晶珪素膜（ポリシリコン膜）を形成することができる。この有機樹脂膜２の熱伝導度が、無機絶縁膜３の熱伝導度に比べて非常に低いため、レーザー照射後の冷却速度が抑えられる。この冷却速度は、有機樹脂膜２の材料及び膜厚によって制御することができる。
【００６６】
次いで、結晶化された結晶質半導体膜は、公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングして島状の結晶質半導体膜６、７を形成する。本実施例では、Ｏ2とＣＦ4の混合ガスを用いたドライエッチング法によりパターニングを行った。
【００６７】
以上のようにして島状の有機樹脂膜２によりレーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい島状の結晶質珪素膜を所望の位置に得ることができた。この島状の結晶質半導体膜６、７をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【実施例２】
【００６８】
実施例１では、有機樹脂膜をパターニングした例を示したが、本実施例では、有機樹脂膜をパターニングしない例を図３に示す。
【００６９】
まず、実施例１と同様にして透光性を有する基板９０１上に有機樹脂膜９０２（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜９０２としてＢＣＢ膜をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。（図３（Ａ））なお、本実施例で用いたＢＣＢ膜の膜厚は、スピン回転数により膜厚を容易に制御することができる。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板９０１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【００７０】
次いで、有機樹脂膜９０２を覆って公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍの無機絶縁膜９０３を形成する。無機絶縁膜９０３としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。この無機絶縁膜９０３は基板からの不純物拡散を防ぐ目的と、後で形成される半導体膜との密着性の向上させる目的と、後でエッチングされる半導体膜との選択比を確保する目的とによって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。
【００７１】
次いで、無機絶縁膜９０３上に非晶質半導体膜９０４を形成する。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５５ｎｍの非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）９０３を形成した。（図３（Ｂ））また、非晶質構造を含む半導体膜であれば非晶質珪素膜に限定されず、例えば微結晶半導体膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜９０３と非晶質半導体膜９０４とを大気に触れさせずに連続成膜を行ってもよい。
【００７２】
次いで、非晶質半導体膜９０４の結晶化をレーザーアニ−ル法により行う。レーザービームとしては幅１００〜１０００μｍの線状ビームを用い、図３（Ｃ）
に示すように基板表面側から照射する。本実施例では、パルス発振型のエキシマレーザーを光源とするレーザー照射装置を用いた。（図３（Ｃ））
【００７３】
このレーザー光の結晶化工程において、パルス状のレーザー光が照射されると、非晶質珪素膜９０４は瞬時に加熱され溶融状態となる。この後、溶融状態の珪素膜の下面から無機絶縁膜９０３を通じ、有機樹脂膜９０２、基板９０１へと順次に熱が伝導することで、溶融状態の珪素膜は徐々に冷却されていく。本実施例においては、有機樹脂膜であるＢＣＢ膜が基板全面に存在するため、結晶化速度が遅くなり結晶粒径が大きな多結晶珪素膜（ポリシリコン膜）を均一に形成することができる。この有機樹脂膜９０２の熱伝導度が、無機絶縁膜９０３の熱伝導度に比べて非常に低いため、レーザー照射後の冷却速度が抑えられる。この冷却速度は、有機樹脂膜９０２の材料及び膜厚によって制御することができる。
【００７４】
次いで、結晶化された結晶質半導体膜は、公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングして島状の結晶質半導体膜９０６、９０７を形成する。本実施例では、Ｏ2とＣＦ4の混合ガスを用いたドライエッチング法によりパターニングを行った。
【００７５】
以上のようにして有機樹脂膜９０２によりレーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径の大きな島状の結晶質珪素膜を得ることができた。この島状の結晶質半導体膜９０６、９０７をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【実施例３】
【００７６】
本実施例では、基板と有機樹脂膜との間に下地絶縁膜を設けた例を図４に示す。
【００７７】
まず、ガラス基板４０１上に公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜４００ｎｍの下地絶縁膜４０５を形成する。下地絶縁膜４０５としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜を用いる場合は、内部応力のバランスを考慮することが必要である。この下地絶縁膜４０５は基板からの不純物拡散を防ぐ目的によって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。
【００７８】
次いで、下地絶縁膜４０５上に有機樹脂膜（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法等により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、ＢＣＢ膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【００７９】
次いで、実施例１に従いＢＣＢ膜を公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ドライエッチングにより島状の有機樹脂膜４０２を形成する。ここで、下地絶縁膜４０５はガラス基板表面をドライエッチングから保護している。
【００８０】
以降の工程は、実施例１に従い島状の有機樹脂膜４０２を覆って公知の方法により無機絶縁膜４０３、及び非晶質半導体膜を形成した後、レーザー結晶化を行い、レーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい結晶質珪素膜を所望の位置（領域Ａ）に得た。なお、領域Ｂに位置する結晶質半導体膜４０４ｂの結晶粒径は小さい。この結晶質半導体膜４０４ａをＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【００８１】
また、本実施例は実施例２と適宜組み合わせることが可能である。
【実施例４】
【００８２】
本実施例では、実施例１とは異なるレーザー照射方法による結晶化を行った例を図５に示す。なお、実施例１とは、レーザー照射方法以外は同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００８３】
実施例１に従い、基板５０１上に島状の有機樹脂膜５０２を形成する。次いで、実施例１と同様にして島状の有機樹脂膜５０２を覆う無機絶縁膜５０３を形成し、無機絶縁膜５０３上に非晶質半導体膜を形成する。ただし、本実施例において、基板５０１、及び島状の有機樹脂膜５０２は透光性を有することが必要である。
【００８４】
次いで、図５に示すように基板の表面側及び裏面側からレーザー光を同時に照射する。ここで、基板の表面側から基板を照射するレーザービームのエネルギーと、基板の裏面側から基板を照射するレーザービームのエネルギーとの比は、６対４〜８対２の間であると、多結晶半導体膜の結晶粒径をさらに大きくすることができるため好ましい。
【００８５】
以上の工程により、レーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径の大きな結晶質珪素膜を所望の位置（領域Ａ）に得た。なお、領域Ｂに位置する結晶質半導体膜５０４ｂの結晶粒径は０．３μｍ以下と小さい。この結晶質半導体膜５０４ａをＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【００８６】
また、本実施例は、実施例２または実施例３と適宜、自由に組み合わせることが可能である。
【実施例５】
【００８７】
本実施例では、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴでなるＣＭＯＳ回路の作製工程を図６〜図８を用いて説明する。
【００８８】
まず、実施例１に記載した方法により基板１０１上に、島状の有機樹脂膜１０３、１０４、無機絶縁膜１０５、島状半導体膜１０７、１０８ａを形成する。次いで、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化珪素膜によるマスク層１０９を形成する。（図６（Ａ））
【００８９】
図８（Ａ）は図６（Ａ）における上面図を示している。島状半導体膜１０７、１０８ｂは、島状にパターン形成された有機樹脂膜１０３、１０４にそれぞれ重なるようにして設けられている。図８（Ａ）において、Ａ−Ａ'断面が図６（Ａ）における断面構造に対応している。
【００９０】
そして、図６（Ｂ）に示すように、フォトレジストマスク１１０を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０８ａにしきい値電圧を制御する目的で１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素を添加する。半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。ここではイオンドープ法でジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いホウ素（Ｂ）を添加した。ホウ素（Ｂ）添加は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、ホウ素（Ｂ）を添加した半導体層１０８ｂはｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することができる。
【００９１】
ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体膜１０８ｂに選択的に添加する。半導体に対してｎ型を付与する不純物元素には、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）など周期律表第１５族の元素が知られている。フォトレジストマスク１１１を形成し、ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を適用した。形成される不純物領域１１２におけるリン（Ｐ）濃度は２×１０16〜５×１０19atoms／cm3の範囲とする（図６（Ｃ））。本明細書中では、不純物領域１１２に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ-）と表す。
【００９２】
次に、マスク層１０９を純水で希釈したフッ酸などのエッチング液により除去した。そして、図６（Ｂ）と図６（Ｃ）で島状半導体膜１０８ｂに添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニールや、レーザーアニールなどの方法により行うことができる。また、両方の方法を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、エキシマレーザー光を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体膜が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。
【００９３】
ゲート絶縁膜１１３はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで、酸化窒化珪素膜で形成すると良い。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製された酸化窒化珪素膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでさらに良い。ゲート絶縁膜は、このような酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い（図６（Ｄ））。
【００９４】
図６（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するために導電層を成膜する。この導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった積層構造とすることもできる。本実施形態では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）１１４と金属膜から成る導電層（Ｂ）１１５とを積層した構造とした。導電層（Ｂ）１１５はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）１１４は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層（Ａ）１１４はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。
【００９５】
導電層（Ａ）１１４は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）１１５は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。本実施例では、導電層（Ａ）１１４に３０ｎｍの厚さのＷＮ膜を、導電層（Ｂ）１１５には３５０ｎｍのＷ膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。
尚、図示しないが、導電層（Ａ）１１１の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層（Ａ）
または導電層（Ｂ）が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜１１３に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層（Ｂ）は抵抗率を１０〜５００μΩcmの範囲ですることが好ましい。
【００９６】
次に、所定のパターンのフォトレジストマスクを形成し、導電層（Ａ）１１４と導電層（Ｂ）１１５とを一括でエッチングしてゲート電極１１６、１１７を形成する。ゲート電極１１６、１１７は、導電層（Ａ）から成る１１６ａ、１１７ａと、導電層（Ｂ）から成る１１６ｂ、１１７ｂとが一体として形成されている。この時、ｎチャネル型ＴＦＴに設けるのゲート電極１１７は不純物領域１１２の一部と、ゲート絶縁膜１１３を介して重なるように形成する（図７（Ａ））。
また、ゲート電極は導電層（Ｂ）のみで形成することも可能である。
【００９７】
図８（Ｂ）は図７（Ａ）における上面図を示している。島状半導体膜１０７、１０８ｂ上にゲート絶縁膜を介して設けられるゲート電極１１６、１１７は、ゲート配線１２８に接続する。図８（Ｂ）において、Ａ−Ａ'断面が図７（Ａ）における断面構造に対応している。
【００９８】
次いで、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０７にソース領域およびドレイン領域とする不純物領域１１９を形成する。ここでは、ゲート電極１１６をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０８ｂはフォトレジストマスク１１８で被覆しておく。そして、不純物領域１１９はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０20〜３×１０21atoms／cm3となるようにする（図７（Ｂ））。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１１９に含まれるｐ型を付与する不純物元素の濃度を（ｐ+）と表す。
【００９９】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０８ｂにソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域１２１の形成を行った。ここでは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリン（Ｐ）濃度を１×１０20〜１×１０21atoms／cm3とした（図７（Ｃ））。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１２１に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ+）と表す。不純物領域１１９にも同時にリン（Ｐ）が添加されるが、既に前の工程で添加されたボロン（Ｂ）濃度と比較して不純物領域１１７に添加されたリン（Ｐ）濃度はその１／２〜１／３程度なのでｐ型の導電性が確保され、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはない。
【０１００】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程をレーザーアニール法で行う。この工程はファーネスアニール炉を用いれば良い。その他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行うことができる。ここでは、レーザー活性化の方法を用い、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として島状半導体膜が形成された基板全面を処理した。また、アニール処理の前に、５０〜２００nmの厚さの保護絶縁層１２２を酸化窒化珪素膜や酸化珪素膜などで形成すると良い。（図７（Ｄ））。
【０１０１】
活性化の工程の後、さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体膜にある１０16〜１０18/cm3のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。
【０１０２】
活性化および水素化の工程が終了したら、保護絶縁層上にさらに酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜を積層させ、層間絶縁層１２３を形成する。酸化窒化珪素膜は保護絶縁層１２２と同様にしてＳｉＨ4を２７SCCM、Ｎ2Ｏを９００SCCMとして反応圧力１６０Pa、基板温度３２５℃とし、放電電力密度を０．１５W/cm2として、５００〜１５００nm（好ましくは６００〜８００nm）の厚さで形成する。そして、層間絶縁層１２３および保護絶縁層１２２にＴＦＴのソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線１２４、１２５と、ドレイン配線１２６を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とした。
【０１０３】
次に、パッシベーション膜１２７として、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜を５０〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。さらに、この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。また、このような熱処理により層間絶縁層１２３および保護絶縁層１２２に存在する水素を島状半導体膜１０７、１０８ｂに拡散させ水素化をすることもできる。
【０１０４】
こうして図７（Ｅ）に示すように、基板１０１上に、ｎチャネル型ＴＦＴ１５１とｐチャネル型ＴＦＴ１５０とを完成させることができた。ｐチャネル型ＴＦＴ１５０には、島状半導体膜１０７にチャネル形成領域１５２、ソース領域１５３、ドレイン領域１５４を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ１５１には、島状半導体膜１０８にチャネル形成領域１５５、ゲート電極１１７と重なるＬＤＤ領域１５６（以降、このようなＬＤＤ領域をＬovと記す）、ソース領域１５７、ドレイン領域１５８を有している。このＬov領域のチャネル長方向の長さは、チャネル長３〜８μmに対して、０．５〜３．０μm（好ましくは１．０〜１．５μm）
とした。本実施例ではそれぞれのＴＦＴをシングルゲート構造としたが、ダブルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１０５】
図８（Ｃ）は図７（Ｅ）における上面図を示している。ソース配線１２４、１２５は、図示していない層間絶縁層１２３、保護絶縁層１２２に設けられたコンタクトホールによって島状半導体膜１０７、１０８ｂと接触している。図８（Ｃ）において、Ａ−Ａ'断面が図７（Ｅ）における断面構造に対応している。
【０１０６】
このようにして作製されたｐチャネル型ＴＦＴ１５０とｎチャネル型ＴＦＴ１５１は、チャネル形成領域が結晶粒径の大きな多結晶珪素膜で形成されている。
また、このようなＴＦＴを用いてシフトレジスタ回路、バッファ回路、Ｄ／Ａコンバータ回路、レベルシフタ回路、マルチプレクサ回路などを形成することができる。これらの回路を適宣組み合わせることにより、液晶表示装置やＥＬ表示装置、および密着型イメージセンサなどガラス基板上に作製される半導体装置を形成することができる。
【０１０７】
ただし、上記全ての熱処理において、有機樹脂膜１０３、１０４が耐え得る温度範囲内になるよう熱処理の温度には十分気をつけることが必要である。
【実施例６】
【０１０８】
本発明の実施例を図９〜図１３を用いて説明する。ここでは画素部の画素ＴＦＴと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同一基板上に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。但し、説明を簡単にするために、制御回路ではシフトレジスタ回路、バッファ回路などの基本回路であるＣＭＯＳ回路と、サンプリング回路を形成するｎチャネル型ＴＦＴとを図示することにする。
【０１０９】
まず、実施例１に記載した方法により基板２０１上に、島状の有機樹脂膜２０３〜２０６、無機絶縁膜２０７、非晶質半導体膜２０８ａを形成する。（図９（Ａ））
【０１１０】
次いで、実施例１に記載した方法により非晶質半導体膜２０８ａをレーザー結晶化させ結晶質半導体膜２０８ｂを形成する。（図９（Ｂ））ここでは、結晶質半導体膜２０８ｂのうち、下方に無機絶縁膜を介して有機樹脂膜を有している領域の結晶粒径は、有機樹脂膜を有していない領域よりも大きいが図示しない。
【０１１１】
次いで、結晶質半導体膜２０８ｂをエッチング処理して島状に分割し、島状半導体膜２０９、２１０ａ〜２１２ａを形成し活性層とする。その後、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化珪素膜によるマスク層２１３を形成する。（図９（Ｃ））
【０１１２】
チャネルドープ工程は、フォトレジストマスク２１４を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜２１０ａ〜２１２ａの全面にしきい値電圧を制御する目的で１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を添加した。ボロン（Ｂ）の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質珪素膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。ここでのボロン（Ｂ）添加は必ずしも必要でないが、ボロン（Ｂ）を添加した半導体層２１０ｂ〜２１２ｂはｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが好ましかった（図９（Ｄ））。
【０１１３】
駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体膜２１０ｂ、２１１ｂに選択的に添加する。あらかじめフォトレジストマスク２１５〜２１８を形成した。ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を適用した。形成された不純物領域（ｎ-）２１９、２２０のリン（Ｐ）濃度は、１×１０17〜５×１０19atoms／cm3とする（図１０（Ａ））。また、不純物領域２２１は、画素部の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン（Ｐ）
を添加した。
【０１１４】
次に、マスク層２１３をフッ酸などにより除去して、図９（Ｄ）と図１０（Ａ）で添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニールや、レーザーアニールの方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体膜が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。
【０１１５】
そして、ゲート絶縁膜２２２をプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて４０〜１５０ｎｍの厚さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｏ2を原料としてプラズマＣＶＤ法で作製される酸化窒化珪素膜で形成する。（図１０（Ｂ））
【０１１６】
次に、ゲート電極を形成するために第１の導電層を成膜する。本実施例では導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）２２３と金属膜から成る導電層（Ｂ）２２４とを積層させた。ここでは、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で導電層（Ｂ）２２４をタングステン（Ｗ）で２５０nmの厚さに形成し、導電層（Ａ）２２３はタングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成した（図１０（Ｃ））。
【０１１７】
次に、フォトレジストマスク２２５〜２２９を形成し、導電層（Ａ）２２３と導電層（Ｂ）２２４とを一括でエッチングしてゲート電極２３０〜２３３と容量配線２３４を形成する。ゲート電極２３０〜２３３と容量配線２３４は、導電層（Ａ）から成る２３０ａ〜２３４ａと、導電層（Ｂ）から成る２３０ｂ〜２３４ｂとが一体として形成されている。この時、駆動回路に形成するゲート電極２３１、２３２は不純物領域２１９、２２０の一部と、ゲート絶縁膜２２２を介して重なるように形成する（図１０（Ｄ））。
【０１１８】
次いで、駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域を形成するために、ｐ型を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここでは、ゲート電極２３０をマスクとして、自己整合的に不純物領域を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域はフォトレジストマスク２３５で被覆しておく。そして、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で不純物領域（ｐ+）２３６を１×１０21atoms／cm3の濃度で形成した（図１１（Ａ））。
【０１１９】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の形成を行った。レジストのマスク２３７〜２３９を形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して不純物領域２４１〜２４４を形成した。これは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行い、不純物領域（ｎ+）
２４１〜２４４の（Ｐ）濃度を５×１０20atoms／cm3とした（図１１（Ｂ））。
不純物領域２４０には、既に前工程で添加されたボロン（Ｂ）が含まれているが、それに比して１／２〜１／３の濃度でリン（Ｐ）が添加されるので、添加されたリン（Ｐ）の影響は考えなくても良く、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはなかった。
【０１２０】
そして、画素部のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物添加の工程を行った。ここではゲート電極２３３をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加した。添加するリン（Ｐ）の濃度は５×１０16atoms／cm3とし、図９（Ａ）および図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度で添加することで、実質的には不純物領域（ｎ--）２４５、２４６のみが形成される（図１１（Ｃ））。
【０１２１】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化するために窒素雰囲気中で熱処理工程（４００〜７００℃）を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いた熱アニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行うことができる。
【０１２２】
この熱アニールにおいて、ゲート電極２３０〜２３３と容量配線２３４形成するＷ膜２３０ｂ〜２３４ｂは、表面から５〜８０ｎｍの厚さでＷＮから成る導電層（Ｃ）２３０ｃ〜２３４ｃが形成される。また、その他に導電層（Ｂ）２３０ｂ〜２３４ｂが、チタン（Ｔｉ）の場合には窒化チタン（ＴｉＮ）を形成することができる。また、窒素またはアンモニアなどを用いた窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電極２３０〜２３４を晒しても同様に形成することができる。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱アニールを行い、島状半導体膜を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体膜にある１×１０16〜１×１０18/cm3のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。（図１１（Ｄ））
【０１２３】
なお、図１４（Ａ）は、図１１（Ｄ）におけるＴＦＴの上面図であり、Ａ−Ａ'断面は図１１（Ｄ）のＡ−Ａ'に対応している。
【０１２４】
活性化および水素化の工程が終了したら、ゲート配線とする第２の導電層を形成する。この第２の導電層は低抵抗材料であるアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）
を主成分とする導電層（Ｄ）で形成する。いずれにしても、第２の導電層の抵抗率は０．１〜１０μΩcm程度とする。さらに、チタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）から成る導電層（Ｅ）を積層形成すると良い。本実施例では、チタン（Ｔｉ）を０．１〜２重量％含むアルミニウム（Ａｌ）膜を導電層（Ｄ）２４７とし、チタン（Ｔｉ）膜を導電層（Ｅ）２４８として形成した。導電層（Ｄ）２４７は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良く、導電層（Ｅ）２４８は５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）で形成すれば良い（図１２（Ａ））。
【０１２５】
そして、ゲート電極に接続するゲート配線を形成するために導電層（Ｅ）２４８と導電層（Ｄ）２４７とをエッチング処理して、ゲート配線２４９、２５０と容量配線２５１を形成した。
【０１２６】
なお、図１４（Ｂ）はこの状態の上面図を示し、Ａ−Ａ'断面は図１２（Ｂ）
のＡ−Ａ'に対応している。
【０１２７】
次いで、第１の層間絶縁膜２５２は５００〜１５００ｎｍの厚さで酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜で形成する。本実施例では、ＳｉＨ4を２７SCCM、Ｎ2Ｏを９００SCCM、として反応圧力１６０Pa、基板温度３２５℃で放電電力密度０．１５W/cm2で形成した。その後、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線２５３〜２５６と、ドレイン配線２５７〜２６０を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とした。
【０１２８】
次に、パッシベーション膜２６１として、窒化珪素膜、酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜を５０〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。また、このような熱処理により第１の層間絶縁膜２５２に存在する水素を島状半導体膜２０９、２１０ｂ〜２１２ｂに拡散させ水素化をすることもできる。（図１２（Ｃ））。なお、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜２６１に開口部を形成しておいても良い。
【０１２９】
図１４（Ｃ）はこの状態の上面図を示し、Ａ−Ａ'断面は図１２（Ｃ）のＡ−Ａ'に対応している。
【０１３０】
その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜２６２を１．０〜１．５μｍの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形成した。そして、第２の層間絶縁膜２６２にドレイン配線２６０に達するコンタクトホールを形成し、画素電極２６３、２６４を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成した（図１３）。
【０１３１】
こうして同一基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができた。駆動回路にはｐチャネル型ＴＦＴ３０１、第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３、画素部には画素ＴＦＴ３０４、保持容量３０５が形成した。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１３２】
ただし、上記アクティブマトリクス基板の全ての熱処理において、有機樹脂膜２０３〜２０６が耐え得る温度範囲内になるよう熱処理の温度には十分気をつけることが必要である。
【０１３３】
駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ３０１には、島状半導体膜２０９にチャネル形成領域３０６、ソース領域３０７ａ、３０７ｂ、ドレイン領域３０８ａ，３０８ｂを有している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２には、島状半導体膜２１０にチャネル形成領域３０９、ゲート電極２３１と重なるＬＤＤ領域（Ｌov）３１０、ソース領域３１１、ドレイン領域３１２を有している。このＬov領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜１．５μｍとした。
第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３には、島状半導体膜２１１にチャネル形成領域３１３、Ｌov領域とＬoff領域（ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域であり、以降Ｌoff領域と記す）とが形成され、このＬoff領域のチャネル長方向の長さは０．３〜２．０μｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍである。画素ＴＦＴ３０４には、島状半導体膜２１２にチャネル形成領域３１８、３１９、Ｌoff領域３２０〜３２３、ソースまたはドレイン領域３２４〜３２６を有している。Ｌoff領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線２３４、２５１と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ３０４のドレイン領域３２６に接続し、ｎ型を付与する不純物元素が添加された半導体層３２７とから保持容量３０５が形成されている。
図１２では画素ＴＦＴ３０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１３４】
以上の様な構成は、画素ＴＦＴおよび駆動回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するＴＦＴの構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能としている。さらにゲート電極を耐熱性を有する導電性材料で形成することによりＬＤＤ領域やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易とし、ゲート配線低抵抗材料で形成することにより、配線抵抗を十分低減できる。従って、表示領域（画面サイズ）が４インチクラス以上の表示装置に適用することができる。そして、下地層を形成する有機樹脂層２０３〜２０６上で選択的に形成された結晶質半導体膜を用いることにより、完成したＴＦＴにおいて非常に優れた特性を実現することができる。
【実施例７】
【０１３５】
本実施例では、実施例６で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。図１５に示すように、図１３の状態のアクティブマトリクス基板に対し、配向膜６０１を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の対向基板６０２には、遮光膜６０３、透明導電膜６０４および配向膜６０５を形成した。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにした。そして、画素部と、ＣＭＯＳ回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶材料６０６を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止した。
液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１５に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成した。
【０１３６】
次に、このアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図１６の斜視図および図１７の上面図を用いて説明する。尚、図１６と図１７は、図９〜図１３と図１５の断面構造図と対応付けるため、共通の符号を用いている。また、図１７で示すＥ―Ｅ’に沿った断面構造は、図１３に示す画素マトリクス回路の断面図に対応している。
【０１３７】
図１６においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板２０１上に形成された、画素部７０６と、走査信号駆動回路７０４と、画像信号駆動回路７０５で構成される。表示領域には画素ＴＦＴ３０４が設けられ、周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路７０４と、画像信号駆動回路７０５はそれぞれゲート配線２５０とソース配線２５６で画素ＴＦＴ３０４に接続している。また、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）７３１が外部入力端子７３４に接続され、入力配線７０２、７０３でそれぞれの駆動回路に接続している。
【０１３８】
図１７は表示領域７０６のほぼ一画素分を示す上面図である。ゲート配線２５０は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層２１２と交差している。図示はしていないが、半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ｎ--領域でなるＬoff領域が形成されている。また、２６５はソース配線２５６とソース領域３２４とのコンタクト部、２６６はドレイン配線２６０とドレイン領域３２６とのコンタクト部、２６７はドレイン配線２６０と画素電極２６３のコンタクト部である。保持容量３０５は、画素ＴＦＴ３０４のドレイン領域３２６から延在する半導体層３２７とゲート絶縁膜を介して容量配線２３４、２５１が重なる領域で形成されている。
【０１３９】
なお、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、実施例６で説明した構造と照らし合わせて説明したが、実施例６の構成に限定されるものでなく、実施形態１〜５で示した構成を実施例６に応用して完成させたアクティブマトリクス基板を用いても良い。いずれにしても、実施の形態で示した有機樹脂膜を設けたアクティブマトリクス基板であれば自由に組み合わせてアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製することができる。
【実施例８】
【０１４０】
本実施例では、本願発明を用いてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）モジュール（ＥＬ表示装置ともいう）を作製した例について説明する。
【０１４１】
図１９（Ａ）は本願発明を用いたＥＬ表示パネルの上面図である。図１９（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線１４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続される。
【０１４２】
このとき少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を覆うようにして基板８２を設ける。なお、基板８２はガラス板またはプラスチック板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。基板８２を用いた場合、接着剤８１によって基板１０に固着させ、基板１０との間に樹脂２０を充填する。このとき、ＥＬ素子は完全に前記樹脂２０に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。
【０１４３】
また、基板８２と基板１０との間に密閉空間を設け不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素等）を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を設けてもよい。これによりＥＬ素子の水分等による劣化を抑制することが可能である。
【０１４４】
また、図１９（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示パネルの断面構造であり、基板１０、無機絶縁膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではＮＴＦＴとＰＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示している。）が形成されている。駆動回路用ＴＦＴ２２としては、図７に示したＮＴＦＴ及びＰＴＦＴを用いれば良い。また、画素部用ＴＦＴ２３には図７に示したＮＴＦＴまたはＰＴＦＴを用いれば良い。
【０１４５】
本願発明を用いて駆動回路用ＴＦＴ２２、画素部用ＴＦＴ２３が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６の上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成し、画素電極２７上に開口部を形成する。
【０１４６】
次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料には低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能である。
【０１４７】
本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣＭ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。
勿論、単色発光のＥＬ表示装置とすることもできる。
【０１４８】
ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続成膜するか、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【０１４９】
なお、本実施例では陰極３０として、ＬｉＦ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そして陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。また、樹脂８０で接続部分を覆い、接続部分を保護する。
【０１５０】
３１に示された領域において陰極３０と配線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要がある。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極用コンタクトホールの形成時）
や絶縁膜２８のエッチング時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることができる。
【０１５１】
また、配線１６は基板８２と基板１０との間を隙間（但し接着剤８１で塞がれている。）を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線１６について説明したが、他の配線１４、１５も同様にして基板８２の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１５２】
以上のような構成でなるＥＬ表示パネルにおいて、本願発明を用いることができる。ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図２０に、上面構造を図２１（Ａ）に、回路図を図２１（Ｂ）に示す。図２０、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）では共通の符号を用いるので互いに参照すれば良い。
【０１５３】
図２１において、基板１００１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ１００２は本願発明のＮＴＦＴを用いて形成される。本実施例ではダブルゲート構造としているが、構造及び作製プロセスに大きな違いはないので説明は省略する。但し、ダブルゲート構造とすることで実質的に二つのＴＦＴが直列された構造となり、オフ電流値を低減することができるという利点がある。なお、本実施例ではダブルゲート構造としているが、シングルゲート構造でも構わないし、トリプルゲート構造やそれ以上のゲート本数を持つマルチゲート構造でも構わない。また、本願発明のＰＴＦＴを用いて形成しても構わない。
【０１５４】
また、電流制御用ＴＦＴ１００３は本願発明のＮＴＦＴを用いて形成される。
このとき、スイッチング用ＴＦＴ１００２のドレイン配線３５は配線３６によって電流制御用ＴＦＴのゲート電極３７に電気的に接続されている。また、３８で示される配線は、スイッチング用ＴＦＴ１００２のゲート電極３９a、３９bを電気的に接続するゲート配線である。
【０１５５】
このとき、電流制御用ＴＦＴ１００３が本願発明の構造であることは非常に重要な意味を持つ。電流制御用ＴＦＴはＥＬ素子を流れる電流量を制御するための素子であるため、多くの電流が流れ、熱による劣化やホットキャリアによる劣化の危険性が高い素子でもある。そのため、電流制御用ＴＦＴのドレイン側に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に重なるようにＬＤＤ領域を設ける本願発明の構造は極めて有効である。
【０１５６】
また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ１００３をシングルゲート構造で図示しているが、複数のＴＦＴを直列につなげたマルチゲート構造としても良い。さらに、複数のＴＦＴを並列につなげて実質的にチャネル形成領域を複数に分割し、熱の放射を高い効率で行えるようにした構造としても良い。このような構造は熱による劣化対策として有効である。
【０１５７】
また、図２１（Ａ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ１００３のゲート電極３７となる配線は１００４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ１００３のドレイン配線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、１００４で示される領域ではコンデンサが形成される。このコンデンサ１００４は電流制御用ＴＦＴ１００３のゲートにかかる電圧を保持するためのコンデンサとして機能する。なお、ドレイン配線４０は電流供給線（電源線）１１０１に接続され、常に一定の電圧が加えられている。
【０１５８】
スイッチング用ＴＦＴ１００２及び電流制御用ＴＦＴ１００３の上には第１パッシベーション膜４１が設けられ、その上に樹脂絶縁膜でなる平坦化膜４２が形成される。平坦化膜４２を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるＥＬ層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、ＥＬ層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１５９】
また、４３は反射性の高い導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陰極）であり、電流制御用ＴＦＴ１００３のドレインに電気的に接続される。画素電極４３としてはアルミニウム合金膜、銅合金膜または銀合金膜など低抵抗な導電膜またはそれらの積層膜を用いることが好ましい。勿論、他の導電膜との積層構造としても良い。
【０１６０】
また、絶縁膜（好ましくは樹脂）で形成されたバンク４４a、４４bにより形成された溝（画素に相当する）の中に発光層４５が形成される。なお、ここでは一画素しか図示していないが、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けても良い。発光層とする有機ＥＬ材料としてはπ共役ポリマー系材料を用いる。代表的なポリマー系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）系、ポリフルオレン系などが挙げられる。
【０１６１】
なお、ＰＰＶ系有機ＥＬ材料としては様々な型のものがあるが、例えば「H. Shenk,H.Becker,O.Gelsen,E.Kluge,W.Kreuder,and H.Spreitzer,“Polymers for Light Emitting Diodes”,Euro Display,Proceedings,1999,p.33-37」や特開平１０−９２５７６号公報に記載されたような材料を用いれば良い。
【０１６２】
具体的な発光層としては、赤色に発光する発光層にはシアノポリフェニレンビニレン、緑色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン、青色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン若しくはポリアルキルフェニレンを用いれば良い。膜厚は３０〜１５０ｎｍ（好ましくは４０〜１００ｎｍ）とすれば良い。
【０１６３】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機ＥＬ材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてＥＬ層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。また、ＥＬ層として一重項励起により発光（蛍光）
する発光材料（シングレット化合物）からなる薄膜、または三重項励起により発光（リン光）する発光材料（トリプレット化合物）からなる薄膜を用いることができる。
【０１６４】
例えば、本実施例ではポリマー系材料を発光層として用いる例を示したが、低分子系有機ＥＬ材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機ＥＬ材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１６５】
本実施例では発光層４５の上にＰＥＤＯＴ（ポリチオフェン）またはＰＡｎｉ（ポリアニリン）でなる正孔注入層４６を設けた積層構造のＥＬ層としている。
そして、正孔注入層４６の上には透明導電膜でなる陽極４７が設けられる。本実施例の場合、発光層４５で生成された光は上面側に向かって（ＴＦＴの上方に向かって）放射されるため、陽極は透光性でなければならない。透明導電膜としては酸化インジウムと酸化スズとの化合物や酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができるが、耐熱性の低い発光層や正孔注入層を形成した後で形成するため、可能な限り低温で成膜できるものが好ましい。
【０１６６】
陽極４７まで形成された時点でＥＬ素子２４０５が完成する。なお、ここでいうＥＬ素子１００５は、画素電極（陰極）４３、発光層４５、正孔注入層４６及び陽極４７で形成されたコンデンサを指す。図２１（Ａ）に示すように画素電極４３は画素の面積にほぼ一致するため、画素全体がＥＬ素子として機能する。従って、発光の利用効率が非常に高く、明るい画像表示が可能となる。
【０１６７】
ところで、本実施例では、陽極４７の上にさらに第２パッシベーション膜４８を設けている。第２パッシベーション膜４８としては窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜が好ましい。この目的は、外部とＥＬ素子とを遮断することであり、有機ＥＬ材料の酸化による劣化を防ぐ意味と、有機ＥＬ材料からの脱ガスを抑える意味との両方を併せ持つ。これによりＥＬ表示装置の信頼性が高められる。
【０１６８】
以上のように本願発明のＥＬ表示パネルは図２０のような構造の画素からなる画素部を有し、オフ電流値の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴとを有する。従って、高い信頼性を有し、且つ、良好な画像表示が可能なＥＬ表示パネルが得られる。
【０１６９】
なお、本実施例の構成は、実施例１〜７の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例９】
【０１７０】
本実施例では、実施例８に示した画素部において、ＥＬ素子１００５の構造を反転させた構造について説明する。説明には図２２を用いる。なお、図２１（Ａ）の構造と異なる点はＥＬ素子の部分と電流制御用ＴＦＴだけであるので、その他の説明は省略することとする。
【０１７１】
図２２において、電流制御用ＴＦＴ１２０１は本願発明のＰＴＦＴを用いて形成される。作製プロセスは実施例１を参照すれば良い。
【０１７２】
本実施例では、画素電極（陽極）５０として透明導電膜を用いる。具体的には酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物でなる導電膜を用いる。勿論、酸化インジウムと酸化スズとの化合物でなる導電膜を用いても良い。
【０１７３】
そして、絶縁膜でなるバンク５１a、５１bが形成された後、溶液塗布によりポリビニルカルバゾールでなる発光層５２が形成される。その上にはカリウムアセチルアセトネート（ａｃａｃＫと表記される）でなる電子注入層５３、アルミニウム合金でなる陰極５４が形成される。この場合、陰極５４がパッシベーション膜としても機能する。こうしてＥＬ素子１２０２が形成される。
【０１７４】
本実施例の場合、発光層５３で発生した光は、矢印で示されるようにＴＦＴが形成された基板の方に向かって放射される。本実施例のような構造とする場合、電流制御用ＴＦＴ１２０１はＰＴＦＴで形成することが好ましい。
【０１７５】
なお、本実施例の構成は、実施例１〜７の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１０】
【０１７６】
本実施例では、図２１（Ｂ）に示した回路図とは異なる構造の画素とした場合の例について図２３に示す。なお、本実施例において、１３０１はスイッチング用ＴＦＴ１３０２のソース配線、１３０３はスイッチング用ＴＦＴ１３０２のゲート配線、１３０４は電流制御用ＴＦＴ、１３０５はコンデンサ、１３０６、１３０８は電流供給線、１３０７はＥＬ素子とする。
【０１７７】
図２３（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線１３０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線１３０６を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０１７８】
また、図２３（Ｂ）は、電流供給線１３０８をゲート配線１３０３と平行に設けた場合の例である。なお、図２３（Ｂ）では電流供給線１３０８とゲート配線１３０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電源供給線１３０８とゲート配線１３０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０１７９】
また、図２３（Ｃ）は、図２３（Ｂ）の構造と同様に電流供給線１３０８をゲート配線１３０３と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線１３０８を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線１３０８をゲート配線１３０３のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０１８０】
なお、本実施例の構成は、実施例８または実施例９の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１１】
【０１８１】
実施例８に示した図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ１００３のゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ１００４を設ける構造としているが、コンデンサ１００４を省略することも可能である。
【０１８２】
実施例８の場合、電流制御用ＴＦＴ１００３として図２０に示すような本願発明のＮＴＦＴを用いているため、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なるように設けられたＬＤＤ領域を有している。この重なり合った領域には一般的にゲート容量と呼ばれる寄生容量が形成されるが、本実施例ではこの寄生容量をコンデンサ１００４の代わりとして積極的に用いる点に特徴がある。
【０１８３】
この寄生容量のキャパシタンスは上記ゲート電極とＬＤＤ領域とが重なり合った面積によって変化するため、その重なり合った領域に含まれるＬＤＤ領域の長さによって決まる。
【０１８４】
また、実施例１０に示した図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様にコンデンサ１３０５を省略することは可能である。
【０１８５】
なお、本実施例の構成は、実施例８または実施例９の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１２】
【０１８６】
本願発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、ＥＬモジュール、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【０１８７】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図２４、図２５及び図２６に示す。
【０１８８】
図２４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４等を含む。本発明を画像入力部２００２、表示部２００３やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１８９】
図２４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。本発明を表示部２１０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９０】
図２４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む。本発明は表示部２２０５やその他の駆動回路に適用できる。
【０１９１】
図２４（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３等を含む。本発明は表示部２３０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９２】
図２４（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
本発明は表示部２４０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９３】
図２４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。本願発明を表示部２５０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９４】
図２５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９５】
図２５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。本発明は投射装置２７０２の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９６】
なお、図２５（Ｃ）は、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図２５（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１９７】
また、図２５（Ｄ）は、図２５（Ｃ）中における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系２８０１は、リフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図２５（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１９８】
ただし、図２５に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びＥＬ表示装置での適用例は図示していない。
【０１９９】
図２６（Ａ）は携帯電話であり、本体２９０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６等を含む。本願発明を音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示部２９０４やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２００】
図２６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６等を含む。本発明は表示部３００２、３００３やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２０１】
図２６（Ｃ）はディスプレイであり、本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。本発明は表示部３１０３に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０２０２】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１１のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【実施例１３】
【０２０３】
本実施例では、以下のような実験を行った。以下に本実施例で示す実験手順を示す。
【０２０４】
まず、ガラス基板１４００上に膜厚２００ｎｍのＢＣＢ膜を成膜した後、後に形成する半導体層と同じマスクを用いてパターニングした後、ＢＣＢ膜１４０１を形成した。
【０２０５】
次いで、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を２００ｎｍの厚さで積層形成する。
【０２０６】
次いで、本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５４ｎｍの非晶質シリコン膜１４０３を成膜した。（図２７（Ａ））
【０２０７】
この非晶質シリコン膜に脱水素化（５００℃、１時間）を行った後、パターニングを行った。（図２７（Ｂ））
【０２０８】
次いで、バッファーフッ酸で自然酸化膜の除去を行い、本実施例のレーザーアニ―ル処理を行って結晶質シリコン膜１４０４を形成した。（図２７（Ｃ））
【０２０９】
なお、上記結晶質シリコン膜１４０４の形成工程は、実施例１乃至１１のいずれか一に記載の結晶質シリコン膜の形成工程に代えて使用することができることは言うまでもない。
【０２１０】
本実施例のレーザーアニ―ル処理は、図２８に示した方法で非晶質シリコン膜１４０３の表面及び裏面にエキシマレーザー光１５０２、１５０３（波長３０８ｎｍ）を照射した。ここでのレーザー照射条件は、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、非晶質シリコン膜１４０３が形成された基板全面を処理した。ただし、ここでは波長３０８ｎｍのエキシマレーザーに対する透過率が約５０％であるガラス基板（コーニング１７３７）を用いたが、波長３０８ｎｍのエキシマレーザーに対する透過率が約１００％である石英基板を用いてもよい。
【０２１１】
図２８において、１４００は透光性基板であり、その表面にはＢＣＢ膜１４０１、絶縁膜１４０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）１４０３が形成されている。また、透光性基板１４００の下にはレーザー光を反射させるための反射体１５０１が配置される。
【０２１２】
透光性基板１４００はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。この透光性基板１４００自体で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することが可能である。また、絶縁膜１８０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良く、この絶縁膜１４００で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節しても良い。
【０２１３】
また、図２８の構成においては、第二次レーザー光１５０３は、反射体１５０１で反射されたレーザー光である。従って、非晶質半導体膜１４０３で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することもできる。また、非晶質半導体膜１４０３はアモルファスシリコン膜の他に、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も含む。
【０２１４】
また、反射体１５０１は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。
【０２１５】
さらに、この反射体１５０１は透光性基板１４００に接して設けても良いし、離して設けても良い。また、反射体１５０１を配置する代わりに、基板１４００の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。いずれにしても、この反射体１５０１の反射率で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することができる。また、反射体１５０１を透光性基板１４００と離して設置する場合、その隙間に充填する気体（ガス）で第二次レーザー光のエネルギー強度を制御することも可能である。
【０２１６】
なお、上記レーザーアニ―ル処理は、実施例１乃至１１のいずれか一に記載のレーザーアニール処理に代えて使用することができることは言うまでもない。
【０２１７】
以上の工程を経て形成された結晶質シリコン膜における結晶粒径の大きさを観察したＳＥＭ写真図が図２９である。図２９に示すように約２μｍ程度の大きな結晶粒径を有する結晶質シリコン膜が得られた。この粒径の大きな領域をＴＦＴのチャネル形成領域として用いれば、良好なＴＦＴ特性を示すＴＦＴを得ることができる。
【０２１８】
また、結晶成長の始点位置を調べるために比較的大きな島状半導体をパターニングしてレーザーを照射した後、観察したＳＥＭ写真図が図３０である。図３０に示すように端部からラテラル成長している結晶質シリコン膜が得られた。
【０２１９】
以上の実験結果から、本発明により結晶質半導体膜における結晶の位置を制御できることが実証された。
【技術分野】
【０００１】
本願発明は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
ガラスなどの透光性を有する絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザーアニール法や熱アニール法などで結晶化させた結晶質半導体膜を活性層とした薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:以下、ＴＦＴと記す）が開発されている。絶縁基板には、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板が多くの場合用いられている。このようなガラス基板は石英基板と比べ耐熱性は劣るものの市販価格は安価であることから、大面積基板を容易に製造できる利点を有している。
【０００４】
レーザーアニール法はガラス基板の温度をあまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として知られている。特に、短波長領域で大出力が得られるエキシマレーザーはこの用途において最も適していると考えられている。エキシマレーザーを用いたレーザーアニール法は、レーザービームを被照射面においてスポット状や線状となるように光学系で加工し、その加工されたレーザー光で被照射面を走査すること（レーザー光の照射位置を被照射面に対して相対的に移動させる）により行う。例えば、線状レーザー光を用いたエキシマレーザーアニール法は、その長手方向と直角な方向だけの走査で被照射面全体をレーザーアニールすることも可能であり、生産性に優れることからＴＦＴを用いる液晶表示装置の製造技術として主流となりつつある。
【０００５】
レーザーアニール法は様々な半導体材料の結晶化に適用できる。しかし、これまでのところ、ＴＦＴの活性層には、結晶質珪素膜を用いることで高い電界効果移動度を実現してきた。そして、その技術は一枚のガラス基板上に画素部を形成する画素ＴＦＴと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを形成したモノリシック型の液晶表示装置を可能とした。
【０００６】
しかしながら、レーザーアニール法で作製される結晶質珪素膜は複数の結晶粒が集合した形で形成され、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであった。従って、結晶粒の位置や大きさを指定して形成することはできなかった。結晶粒の界面（結晶粒界）には、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心や結晶粒界におけるポテンシャル準位の影響により、キャリアの電流輸送特性を低下させる原因があった。しかし、結晶の性質がＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、結晶粒界の影響を排除して、単一の結晶粒で形成することは殆ど不可能であった。そのため結晶質シリコン膜を活性層とするＴＦＴは、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは今日まで得られていない。
【０００７】
このような問題点を解決する方法として、結晶粒を大きくすると共に、その結晶粒の位置を制御して、チャネル形成領域から結晶粒界をなくすことは有効な手段として考えられる。例えば、「"Location Control of Large Grain Following Excimer-Laser Melting of Si Thin-Films", R.Ishihara and A.Burtsev, Japanese Journal of Applied Physics vol.37, No.3B, pp1071-1075,1988」には、シリコン膜の温度分布を３次元的に制御して結晶の位置制御と大粒径化を実現する方法が開示されている。その方法によれば、ガラス基板上に高融点金属を成膜して、その上に部分的に膜厚の異なる酸化シリコン膜を形成し、その表面に非晶質シリコン膜を形成した基板の両面からエキシマレーザー光を照射することにより結晶粒径を数μｍに大きくできることが報告されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記Ishiharaらの方法は、非晶質シリコン膜の下地材料の熱特性を局所的に変化させて、基板への熱の流れを制御して温度勾配を持たせることを特徴としている。しかしながら、そのためにガラス基板上に高融点金属層／酸化シリコン層／半導体膜の３層構造を形成している。この半導体膜を活性層としてトップゲート型のＴＦＴを形成することは構造的には可能であるが、半導体膜と高融点金属層との間に設けられた酸化シリコン膜により寄生容量が発生するので、消費電力が増加し、ＴＦＴの高速動作を実現することは困難となる。
【０００９】
一方、上記Ishiharaらの方法は、高融点金属層をゲート電極とすることにより、ボトムゲート型または逆スタガ型のＴＦＴに対しては有効に適用できうると考えられる。しかし、前記３層構造において、半導体膜の厚さを除いたとしても、高融点金属層と酸化シリコン層の膜厚は、結晶化工程において適した膜厚と、ＴＦＴ素子としての特性において適した膜厚とは必ずしも一致しないので、結晶化工程における最適設計と素子構造の最適設計とを両方同時に満足することはできない。
【００１０】
また、透光性のない高融点金属層をガラス基板の全面に形成すると、透過型の液晶表示装置を製作することは不可能である。高融点金属層は熱伝導率が高いという点では有用であるが、高融点金属材料として使用されるクロム（Ｃｒ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は内部応力が高いので、ガラス基板との密着性に問題が生じる可能性が高い。さらに、内部応力の影響はこの上層に形成する半導体膜へも及び、形成された結晶性半導体膜に歪みを与える力として作用する可能性が大きい。
【００１１】
一方、ＴＦＴにおいて重要な特性パラメータであるしきい値電圧（以下、Ｖthと記す）を所定の範囲内に制御するためには、チャネル形成領域の価電子制御の他に、活性層に密接して絶縁膜で形成する下地膜やゲート絶縁膜の荷電欠陥密度を低減させることや、その内部応力のバランスを考慮する必要があった。このような要求に対して、酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜などの珪素を構成元素として含む材料が適していた。従って、温度勾配を持たせるために高融点金属層を設けることは、そのバランスを崩してしまうことが懸念される。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決するための技術であり、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製し、さらにその結晶質半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより高速動作が可能なＴＦＴを実現する。さらに、そのようなＴＦＴを透過型の液晶表示装置やＥＬ表示装置などのさまざまな半導体装置に適用できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書で開示する発明の構成は、
透光性を有する基板に接して所定の形状を有する有機樹脂膜と、
前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜に接して結晶質半導体膜とを有し、
前記有機樹脂膜の上方に前記無機絶縁膜を介して前記結晶質半導体膜が存在していることを特徴とする半導体装置である。
【００１４】
上記無機絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であり、その膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍとする。
【００１５】
また、他の発明の構成として、前記基板と前記有機樹脂膜の間に下地絶縁膜を有している構成としてもよい。
【００１６】
また、前記有機樹脂膜は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポリイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テフロン、フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザンから選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であって、その有機樹脂膜の熱伝導率は、１．０Ｗｍ-1Ｋ-1以下であることを特徴としている。
【００１７】
また、上記有機樹脂膜が、感光性を有していればパターニングを簡単に行うことができるため好ましい。
【００１８】
また、上記構造を実現するための発明の構成は、 透光性を有する基板上に接して有機樹脂膜を形成した後、前記有機樹脂膜を所定の形状にパターニングし、 前記所定の形状を有する有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を形成し、 前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成し、 前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射することによって、第１領域と、前記第１領域とは結晶粒径が異なる第２領域とを有する結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００１９】
また、前記第１領域における結晶粒径は、前記第２領域における結晶粒径より大きい。
【００２０】
なお、前記第１領域は、前記結晶質半導体膜のうち、下方に前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜を有している領域である。また、前記第２領域は、前記結晶質半導体膜のうち、下方に前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜を有していない領域である。
【００２１】
上記第１領域をＴＦＴのチャネル形成領域として用いれば、優れたＴＦＴ特性を有するＴＦＴを得ることができる。
【００２２】
また、他の発明の構成は、 透光性を有する基板上に接して有機樹脂膜を形成し、 前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を形成し、 前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成し、 レーザー光を照射して前記非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２３】
また、上記作製方法において、無機絶縁膜と前記非晶質半導体膜は、大気にふれることなく連続して形成してもよい。
【００２４】
また、上記作製方法において、上記レーザー光は、前記基板の表面側から照射してもよいし、前記基板の表面側および裏面側から同時に照射してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の結晶化の技術を用いることにより、結晶の位置と結晶粒径の大きさが制御された結晶質半導体膜を作製することができる。所定の形状を有する有機樹脂膜の配置に従って結晶粒径の大きな結晶質半導体膜の位置が決定される。また、有機樹脂膜の材料及び膜厚、または無機絶縁膜の材料及び膜厚を調節することにより、結晶粒径の大きな領域を選択的に形成することができる。また、この結晶粒径の大きな領域は非常に格子欠陥密度が小さく、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域として用いた場合、優れた電気特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の構成を説明する図。
【図２】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を示す断面図。
【図３】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を示す断面図。
【図４】本発明の構成を説明する図。（実施例３）
【図５】本発明の構成を説明する図。（実施例４）
【図６】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図７】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図８】ＴＦＴの作製工程を示す上面図。
【図９】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１０】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１１】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１２】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１３】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図である。
【図１４】アクティブマトリクス基板の作製工程を示す上面図である。
【図１５】アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造図である。
【図１６】ＡＭ−ＬＣＤの外観を示す図。
【図１７】アクティブマトリクス型液晶表示装置における１画素を示す上面図。
【図１８】レーザーアニ−ル装置の構成を示す図。
【図１９】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。
【図２０】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。
【図２１】ＥＬ表示装置の構成を示す上面図。
【図２２】ＥＬ表示装置の構成を示す断面図。
【図２３】ＥＬ表示装置の構成を示す回路図。
【図２４】電子機器の一例を示す図。
【図２５】電子機器の一例を示す図。
【図２６】電子機器の一例を示す図。
【図２７】作製工程を示す断面図。
【図２８】レーザー照射方法を示す断面図。
【図２９】結晶粒径の大きさを示すＳＥＭ写真図。
【図３０】結晶成長の位置を示すＳＥＭ写真図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本願発明の実施形態について、以下に説明する。
【００２８】
本発明人らは、従来のレーザー結晶化によるポリシリコン膜の形成において、結晶粒径が小さい原因は、溶融後のシリコン層の冷却速度が速く、核発生密度が大きくなり、１つの結晶核からの十分な結晶成長が阻害されているためであると考えた。そこで、本発明人らは、固相状態へ変化する際に上層のシリコン層から下層の酸化シリコン層および基板への熱拡散を抑え、溶融後のシリコン層の冷却速度を小さくすれば、粒径の大きな結晶の形成が可能であると思いたった。
【００２９】
本発明は、図１に示すように、絶縁表面を有する基板１上に有機樹脂膜２を選択的に形成し、有機樹脂膜２に接して珪素を含む無機絶縁膜３を形成し、その上に非晶質半導体膜を形成した状態を得た後、レーザーアニ−ル法による結晶化を行うことを特徴としている。
【００３０】
レーザーアニール法では、照射するレーザー光（またはレーザービーム）の条件を最適なものとすることにより半導体膜を加熱溶融させ、結晶核の発生密度とその結晶核からの結晶成長を制御しようとしている。
【００３１】
図１において破線で区別した領域Ａは、基板１と無機絶縁膜３との間に有機樹脂膜２を有している領域を指し、領域Ａに位置する半導体膜を第１領域４ａと呼ぶ。また、領域Ｂは、基板１と無機絶縁膜３との間に有機樹脂膜２を有していない領域を指し、領域Ｂに位置する半導体膜を第２領域４ｂと呼ぶ。
【００３２】
図１８はレーザーアニール装置の構成の一例を示す図である。レーザー光発生装置８０１にはエキシマレーザーやアルゴンレーザーやＹＡＧレーザーなどを適用する。ただし、ＹＡＧレーザーにおいては第２高調波を用いればよい。レーザー光発生装置８０１から発せられたレーザービームはビームエキスパンダー８０２、８０３によりレーザービームを一方向に広げ、ミラー８０４によって反射したレーザービームは、シリンドリカルレンズアレイ８０５で分割され、シリンドリカルレンズ８０６、８０７によって、線幅１００〜１０００μｍの線状ビームにして、試料面に照射領域８１０を形成するように照射する。基板８０８はＸ方向、Ｙ方向、Θ方向に動作可能なステージ８０９に保持される。そして、照射領域８１０に対し、ステージ８０９を動かすことにより、基板８０８の全面に渡ってレーザーアニールを施すことができる。このとき、基板８０８は大気雰囲気中に保持しても良いし、減圧下または不活性ガス雰囲気中に保持して結晶化を行っても良い。
【００３３】
なお、レーザーアニール法では、特に、波長４００nm以下のレーザー光を発するエキシマレーザーを光源に使用すると、半導体膜を優先的に加熱することができるので適している。エキシマレーザーのパルス幅は数nsec〜数十nsec、例えば３０nsecであるので、パルス発振周波数を３０Ｈｚとして照射すると、半導体膜はパルスレーザー光により瞬時に加熱され、その加熱時間よりも遥かに長い時間冷却されることになる。レーザー光の照射が終わった直後からは無機絶縁膜２を通して熱が拡散するので、領域Ｂの方が急激に冷却が始まり固相状態へ変化するのに対し、領域Ａでは有機樹脂膜３の存在により領域Ｂと比較して半導体膜から基板への熱拡散が抑えられ、冷却速度が小さくなる。
【００３４】
結晶核は溶融状態から固相状態へ移る冷却過程で生成形成されるものと推定されているが、その核発生密度は、溶融状態の温度と冷却速度とに相関があり、高温から急冷されると核発生密度が高くなる傾向が経験的知見として得られている。従って、溶融状態から急激に冷却される第２領域４ｂ（領域Ｂに位置する半導体膜）では、結晶核の発生密度が第１領域４ａ（領域Ａに位置する半導体膜）よりも高くなり、ランダムに結晶核が発生することにより複数の結晶粒が形成され、かつ第１領域４ａに生成される結晶粒よりも粒径が相対的に小さくなる。一方、第１領域４ａではレーザー光の照射条件と、有機樹脂膜２および無機絶縁膜３を最適なものとすることで、溶融状態の温度とその冷却速度を制御することが可能となり、結晶核の発生数を抑え、大粒径の結晶を成長させることができる。
【００３５】
なお、絶縁表面を有する基板１としては、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板や石英基板等を用いることができるが、透光性を有する点と、安価である点と、大面積基板を容易に製造できる点でガラス基板を用いることが望ましい。
【００３６】
有機樹脂膜２は、基板上においてＴＦＴの活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）の配置に合わせて、同様に島状またはストライプ状に分割して形成する。その大きさは、例えばＴＦＴの大きさに合わせて０．３５×０．３５μｍ2（チャネル長×チャネル幅）としたサブミクロンサイズとしても良いし、８×８μｍ2、８×２００μｍ2または１２×４００μｍ2などとすることができる。少なくともＴＦＴのチャネル形成領域の位置と大きさに合わせて有機樹脂膜２を形成することにより、この上に形成される結晶粒径の大きな結晶質半導体膜でチャネル形成領域を形成することが可能となる。
【００３７】
また、有機樹脂膜２としては、熱伝導率が１．０Ｗｍ-1Ｋ-1以下、好ましくは０．３Ｗｍ-1Ｋ-1以下であれば特に限定されない。この有機樹脂膜２の熱伝導率は、基板（石英ガラス：１．４Ｗｍ-1Ｋ-1）及び有機樹脂膜上に接する珪素を含む無機絶縁膜（１〜２Ｗｍ-1Ｋ-1）と比べて非常に低いため、十分に半導体膜から基板への熱拡散が抑えられる。
【００３８】
例えば、上記有機樹脂膜２として、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポリイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テフロン、フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザン等が挙げられる。中でも、耐熱性が４５０℃程度と高く、耐プラズマ性を有し、且つ平坦性を有するＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂が本発明に最も好ましい。
【００３９】
また、有機樹脂膜２に無機絶縁膜３や非晶質半導体膜等を積層するため、表面が平坦となるスピンコート法により形成することが望ましく、パターニングされた有機樹脂膜の端部はテーパ−形状として、カバレッジを良好なものとすることが望ましい。また、スピンコート法で代表される塗布法を用いて有機樹脂膜を形成すれば、ＣＶＤ装置を用いた無機絶縁膜に比べコストが格段に低く、複雑な成膜プロセスを必要としないため有利である。また、パターン加工の面においても感光性の有機樹脂膜を用いれば、フォトレジストによるフォトリソグラフィを必要としないため工程を削減することができる。また、感光性の有機樹脂膜を用いない場合においても、無機絶縁膜のエッチングに比べ基板や下地絶縁膜とのエッチングレートが確保しやすく、制御性も高いため有利である。
【００４０】
また、有機樹脂膜の膜厚は、１００ｎｍ〜５００ｎｍとすることが望ましい。
この膜厚を調節することによって、結晶化工程における冷却速度を制御することができる。なお、１００ｎｍより薄い膜厚とした場合、平坦性が悪化してしまう。また、５００ｎｍより厚い膜厚とした場合、段差が大きすぎて積層膜を形成することが困難になってしまう。
【００４１】
また、珪素を含む無機絶縁膜としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、またはスパッタ法により酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜、または、それらの積層膜を適宜用いることができる。この無機絶縁膜は、基板及び有機樹脂膜からの不純物拡散を防ぐ役目と、積層される半導体膜との密着性を向上させる役目を果たしている。また、有機樹脂膜としてＢＣＢ樹脂（４５０℃）を用い、酸化珪素膜で覆った基板は５５０℃程度の加熱処理に耐えることができる。このように、無機絶縁膜は、有機樹脂膜を保護する役目を果たすとともに、有機樹脂膜の耐熱性を向上させる効果をも有している。
【００４２】
また、この珪素を含む無機絶縁膜の膜厚は、５０ｎｍ〜２００ｎｍとする。この無機絶縁膜の膜厚が２００ｎｍより厚くなると、半導体膜から基板への熱拡散を抑えられなくなる可能性が高い。また、無機絶縁膜の膜厚が５０ｎｍより薄くなるとカバレッジが悪くなり有機樹脂膜を覆いきれなくなる恐れがある。
【００４３】
また、珪素を含む無機絶縁膜上に形成する非晶質半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。また、非晶質半導体膜の成膜方法は、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いればよい。
【００４４】
本発明は、上記無機絶縁膜３の材料及び膜厚、または上記有機樹脂膜２の材料及び膜厚により冷却速度を調節して結晶粒径を制御することができ、さらに上記有機樹脂膜２の配置により大きな粒径の結晶の位置を制御することができる。
【００４５】
図２を用い、本発明の作製方法における実施の形態の一例として島状の結晶質半導体膜の作製例を簡略に示す。
【００４６】
まず、無アルカリガラス基板等からなる基板１上に有機樹脂膜を形成し、パターニングを施して所望の形状（島状またはストライプ状）の有機樹脂膜２を形成する。（図２（Ａ））
【００４７】
次いで、有機樹脂膜２を覆う無機絶縁膜３を形成する。続いて、無機絶縁膜３上に非晶質半導体膜４を形成する。（図２（Ｂ））また、ここで大気に触れさせずに無機絶縁膜３と非晶質半導体膜４とを連続成膜して不純物の混入を低減してもよい。
【００４８】
次いで、レーザー光５を照射して非晶質半導体膜の結晶化を行い結晶質半導体膜４ａ、４ｂを形成する。（図２（Ｃ））
【００４９】
次いで、結晶質半導体膜をパターニングし、第１領域４ａからなる島状の結晶質半導体膜６、７を完成する。（図２（Ｄ））
【００５０】
以下、図２に示した工程により形成された島状の結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）に用い、公知の方法に従ってＴＦＴを作製すれば、優れた電気特性を有する半導体装置が得られる。
【００５１】
また、図３（Ｃ）に示すように、絶縁表面を有する基板９０１上に、有機樹脂膜９０２を全面に形成し、有機樹脂膜９０２に接して珪素を含む無機絶縁膜９０３を設け、その上に非晶質半導体膜９０４を形成した状態を得た後、レーザー結晶化を行ってもよい。ただし、この場合においては、有機樹脂膜９０２の材料や膜厚で冷却速度を調節することはできるが、大きな粒径の結晶の位置を制御することは困難である。なお、プラスチック基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザー結晶化させた場合と比較した場合、結晶化の冷却速度は低下するが、その冷却速度を調節することは不可能であった。
【００５２】
また、図４に示したように下地絶縁膜４０５を設けてもよい。この下地絶縁膜４０５は、基板４０１からの不純物拡散を防ぐとともに、基板４０１と有機樹脂膜４０２との密着性の向上を図ることができる。
【００５３】
なお本明細書中の「冷却速度」は、レーザー光による溶融後の半導体膜における冷却速度を指している。
【００５４】
また、図５に示したように、結晶化の工程は、通常のレーザーアニール法のみが適用されるものでなく、基板の表面側及び裏面側からレーザー光を同時に照射してもよい。また、レーザー光は、パルス発振型または連続発光型を用いてもよい。また、レーザー光は、光学系にて線状ビーム、スポット状ビーム、面状ビームなどとすることが可能であり、その形状に限定されるものはない。
【００５５】
また、基板を加熱させながらレーザーアニ−ル法を行ってもよい。また、熱アニール法とレーザーアニール法とを組み合わせても良い。また、触媒元素を用いる結晶化法を応用しても良い。
【００５６】
以上の構成でなる本願発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【実施例１】
【００５７】
本発明を利用して島状にパターニングされた結晶質半導体膜（本実施例では結晶質珪素膜）を作製する工程について説明する。以下、図２を用いて本実施例を示す。
【００５８】
まず、透光性を有する基板１上に有機樹脂膜（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）
をスピンコート法等により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、ＢＣＢ膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。
なお、本実施例で用いたＢＣＢ膜の膜厚は、スピン回転数により膜厚を容易に制御することができる。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【００５９】
次いで、ＢＣＢ膜を公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ドライエッチングにより島状の有機樹脂膜２を形成する。（図２（Ａ））本実施例では、Ｏ2とＣＦ4との混合ガスを用いてドライエッチングを行った。ただし、島状の有機樹脂膜２の位置については、後の工程で形成する島状の結晶質珪素膜に合わせて形成する。また、有機樹脂膜として感光性を有する材料を用いれば、レジストを用いることなく、パターニングを行え、製造工程の短縮化ができる。
【００６０】
次いで、島状の有機樹脂膜２を覆って公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍの無機絶縁膜３を形成する。無機絶縁膜３としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜を用いる場合は、内部応力のバランスを考慮することが必要である。この無機絶縁膜３は基板からの不純物拡散を防ぐ目的と、後で形成される半導体膜との密着性の向上させる目的と、後でエッチングされる半導体膜との選択比を確保する目的とによって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。
【００６１】
次いで、無機絶縁膜３上に非晶質半導体膜４を形成する。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５５ｎｍの非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を形成した。（図２（Ｂ））また、非晶質構造を含む半導体膜であれば非晶質珪素膜に限定されず、例えば微結晶半導体膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜３と非晶質半導体膜４とを大気に触れさせずに連続成膜を行ってもよい。
【００６２】
次いで、非晶質半導体膜４の結晶化をレーザーアニ−ル法により行う。レーザービームとしては幅１００〜１０００μｍの線状ビームを用い、図２（Ｃ）に示すように基板表面側から照射する。本実施例では、パルス発振型のエキシマレーザーを光源とするレーザー照射装置を用いた。（図２（Ｃ））
【００６３】
このレーザー光の結晶化工程において、パルス状のレーザー光が照射されると、非晶質珪素膜は瞬時に加熱され溶融状態となる。この後、領域Ａにおいては、溶融状態の珪素膜の下面から無機絶縁膜３を通じ、有機樹脂膜２、基板１へと順次に熱が伝導することで、溶融状態の珪素膜は徐々に冷却されていく。
【００６４】
一方、領域Ｂにおいては、溶融状態の珪素膜の下面から無機絶縁膜３を通じ、基板１へと順次に熱が伝導し、溶融状態の珪素膜は急激に冷却されていく。
【００６５】
従って、有機樹脂膜２が存在しない領域Ｂではレーザー照射後にシリコンが急激に冷却されてしまうため、結晶粒径が小さくなる。しかし、有機樹脂膜２が存在する領域Ａでは、徐々に冷却されるため、結晶化速度が遅くなり結晶粒径の大きな多結晶珪素膜（ポリシリコン膜）を形成することができる。この有機樹脂膜２の熱伝導度が、無機絶縁膜３の熱伝導度に比べて非常に低いため、レーザー照射後の冷却速度が抑えられる。この冷却速度は、有機樹脂膜２の材料及び膜厚によって制御することができる。
【００６６】
次いで、結晶化された結晶質半導体膜は、公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングして島状の結晶質半導体膜６、７を形成する。本実施例では、Ｏ2とＣＦ4の混合ガスを用いたドライエッチング法によりパターニングを行った。
【００６７】
以上のようにして島状の有機樹脂膜２によりレーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい島状の結晶質珪素膜を所望の位置に得ることができた。この島状の結晶質半導体膜６、７をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【実施例２】
【００６８】
実施例１では、有機樹脂膜をパターニングした例を示したが、本実施例では、有機樹脂膜をパターニングしない例を図３に示す。
【００６９】
まず、実施例１と同様にして透光性を有する基板９０１上に有機樹脂膜９０２（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜９０２としてＢＣＢ膜をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。（図３（Ａ））なお、本実施例で用いたＢＣＢ膜の膜厚は、スピン回転数により膜厚を容易に制御することができる。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板９０１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【００７０】
次いで、有機樹脂膜９０２を覆って公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍの無機絶縁膜９０３を形成する。無機絶縁膜９０３としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。この無機絶縁膜９０３は基板からの不純物拡散を防ぐ目的と、後で形成される半導体膜との密着性の向上させる目的と、後でエッチングされる半導体膜との選択比を確保する目的とによって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。
【００７１】
次いで、無機絶縁膜９０３上に非晶質半導体膜９０４を形成する。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５５ｎｍの非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）９０３を形成した。（図３（Ｂ））また、非晶質構造を含む半導体膜であれば非晶質珪素膜に限定されず、例えば微結晶半導体膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜９０３と非晶質半導体膜９０４とを大気に触れさせずに連続成膜を行ってもよい。
【００７２】
次いで、非晶質半導体膜９０４の結晶化をレーザーアニ−ル法により行う。レーザービームとしては幅１００〜１０００μｍの線状ビームを用い、図３（Ｃ）
に示すように基板表面側から照射する。本実施例では、パルス発振型のエキシマレーザーを光源とするレーザー照射装置を用いた。（図３（Ｃ））
【００７３】
このレーザー光の結晶化工程において、パルス状のレーザー光が照射されると、非晶質珪素膜９０４は瞬時に加熱され溶融状態となる。この後、溶融状態の珪素膜の下面から無機絶縁膜９０３を通じ、有機樹脂膜９０２、基板９０１へと順次に熱が伝導することで、溶融状態の珪素膜は徐々に冷却されていく。本実施例においては、有機樹脂膜であるＢＣＢ膜が基板全面に存在するため、結晶化速度が遅くなり結晶粒径が大きな多結晶珪素膜（ポリシリコン膜）を均一に形成することができる。この有機樹脂膜９０２の熱伝導度が、無機絶縁膜９０３の熱伝導度に比べて非常に低いため、レーザー照射後の冷却速度が抑えられる。この冷却速度は、有機樹脂膜９０２の材料及び膜厚によって制御することができる。
【００７４】
次いで、結晶化された結晶質半導体膜は、公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングして島状の結晶質半導体膜９０６、９０７を形成する。本実施例では、Ｏ2とＣＦ4の混合ガスを用いたドライエッチング法によりパターニングを行った。
【００７５】
以上のようにして有機樹脂膜９０２によりレーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径の大きな島状の結晶質珪素膜を得ることができた。この島状の結晶質半導体膜９０６、９０７をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【実施例３】
【００７６】
本実施例では、基板と有機樹脂膜との間に下地絶縁膜を設けた例を図４に示す。
【００７７】
まず、ガラス基板４０１上に公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜４００ｎｍの下地絶縁膜４０５を形成する。下地絶縁膜４０５としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜を用いる場合は、内部応力のバランスを考慮することが必要である。この下地絶縁膜４０５は基板からの不純物拡散を防ぐ目的によって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した。
【００７８】
次いで、下地絶縁膜４０５上に有機樹脂膜（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法等により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、ＢＣＢ膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【００７９】
次いで、実施例１に従いＢＣＢ膜を公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ドライエッチングにより島状の有機樹脂膜４０２を形成する。ここで、下地絶縁膜４０５はガラス基板表面をドライエッチングから保護している。
【００８０】
以降の工程は、実施例１に従い島状の有機樹脂膜４０２を覆って公知の方法により無機絶縁膜４０３、及び非晶質半導体膜を形成した後、レーザー結晶化を行い、レーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい結晶質珪素膜を所望の位置（領域Ａ）に得た。なお、領域Ｂに位置する結晶質半導体膜４０４ｂの結晶粒径は小さい。この結晶質半導体膜４０４ａをＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【００８１】
また、本実施例は実施例２と適宜組み合わせることが可能である。
【実施例４】
【００８２】
本実施例では、実施例１とは異なるレーザー照射方法による結晶化を行った例を図５に示す。なお、実施例１とは、レーザー照射方法以外は同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００８３】
実施例１に従い、基板５０１上に島状の有機樹脂膜５０２を形成する。次いで、実施例１と同様にして島状の有機樹脂膜５０２を覆う無機絶縁膜５０３を形成し、無機絶縁膜５０３上に非晶質半導体膜を形成する。ただし、本実施例において、基板５０１、及び島状の有機樹脂膜５０２は透光性を有することが必要である。
【００８４】
次いで、図５に示すように基板の表面側及び裏面側からレーザー光を同時に照射する。ここで、基板の表面側から基板を照射するレーザービームのエネルギーと、基板の裏面側から基板を照射するレーザービームのエネルギーとの比は、６対４〜８対２の間であると、多結晶半導体膜の結晶粒径をさらに大きくすることができるため好ましい。
【００８５】
以上の工程により、レーザー照射後の冷却速度を制御して格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径の大きな結晶質珪素膜を所望の位置（領域Ａ）に得た。なお、領域Ｂに位置する結晶質半導体膜５０４ｂの結晶粒径は０．３μｍ以下と小さい。この結晶質半導体膜５０４ａをＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【００８６】
また、本実施例は、実施例２または実施例３と適宜、自由に組み合わせることが可能である。
【実施例５】
【００８７】
本実施例では、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴでなるＣＭＯＳ回路の作製工程を図６〜図８を用いて説明する。
【００８８】
まず、実施例１に記載した方法により基板１０１上に、島状の有機樹脂膜１０３、１０４、無機絶縁膜１０５、島状半導体膜１０７、１０８ａを形成する。次いで、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化珪素膜によるマスク層１０９を形成する。（図６（Ａ））
【００８９】
図８（Ａ）は図６（Ａ）における上面図を示している。島状半導体膜１０７、１０８ｂは、島状にパターン形成された有機樹脂膜１０３、１０４にそれぞれ重なるようにして設けられている。図８（Ａ）において、Ａ−Ａ'断面が図６（Ａ）における断面構造に対応している。
【００９０】
そして、図６（Ｂ）に示すように、フォトレジストマスク１１０を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０８ａにしきい値電圧を制御する目的で１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素を添加する。半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。ここではイオンドープ法でジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いホウ素（Ｂ）を添加した。ホウ素（Ｂ）添加は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、ホウ素（Ｂ）を添加した半導体層１０８ｂはｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することができる。
【００９１】
ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体膜１０８ｂに選択的に添加する。半導体に対してｎ型を付与する不純物元素には、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）など周期律表第１５族の元素が知られている。フォトレジストマスク１１１を形成し、ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を適用した。形成される不純物領域１１２におけるリン（Ｐ）濃度は２×１０16〜５×１０19atoms／cm3の範囲とする（図６（Ｃ））。本明細書中では、不純物領域１１２に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ-）と表す。
【００９２】
次に、マスク層１０９を純水で希釈したフッ酸などのエッチング液により除去した。そして、図６（Ｂ）と図６（Ｃ）で島状半導体膜１０８ｂに添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニールや、レーザーアニールなどの方法により行うことができる。また、両方の方法を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、エキシマレーザー光を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体膜が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。
【００９３】
ゲート絶縁膜１１３はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで、酸化窒化珪素膜で形成すると良い。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製された酸化窒化珪素膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでさらに良い。ゲート絶縁膜は、このような酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い（図６（Ｄ））。
【００９４】
図６（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するために導電層を成膜する。この導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった積層構造とすることもできる。本実施形態では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）１１４と金属膜から成る導電層（Ｂ）１１５とを積層した構造とした。導電層（Ｂ）１１５はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）１１４は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層（Ａ）１１４はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。
【００９５】
導電層（Ａ）１１４は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）１１５は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。本実施例では、導電層（Ａ）１１４に３０ｎｍの厚さのＷＮ膜を、導電層（Ｂ）１１５には３５０ｎｍのＷ膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。
尚、図示しないが、導電層（Ａ）１１１の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層（Ａ）
または導電層（Ｂ）が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜１１３に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層（Ｂ）は抵抗率を１０〜５００μΩcmの範囲ですることが好ましい。
【００９６】
次に、所定のパターンのフォトレジストマスクを形成し、導電層（Ａ）１１４と導電層（Ｂ）１１５とを一括でエッチングしてゲート電極１１６、１１７を形成する。ゲート電極１１６、１１７は、導電層（Ａ）から成る１１６ａ、１１７ａと、導電層（Ｂ）から成る１１６ｂ、１１７ｂとが一体として形成されている。この時、ｎチャネル型ＴＦＴに設けるのゲート電極１１７は不純物領域１１２の一部と、ゲート絶縁膜１１３を介して重なるように形成する（図７（Ａ））。
また、ゲート電極は導電層（Ｂ）のみで形成することも可能である。
【００９７】
図８（Ｂ）は図７（Ａ）における上面図を示している。島状半導体膜１０７、１０８ｂ上にゲート絶縁膜を介して設けられるゲート電極１１６、１１７は、ゲート配線１２８に接続する。図８（Ｂ）において、Ａ−Ａ'断面が図７（Ａ）における断面構造に対応している。
【００９８】
次いで、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０７にソース領域およびドレイン領域とする不純物領域１１９を形成する。ここでは、ゲート電極１１６をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０８ｂはフォトレジストマスク１１８で被覆しておく。そして、不純物領域１１９はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０20〜３×１０21atoms／cm3となるようにする（図７（Ｂ））。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１１９に含まれるｐ型を付与する不純物元素の濃度を（ｐ+）と表す。
【００９９】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０８ｂにソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域１２１の形成を行った。ここでは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリン（Ｐ）濃度を１×１０20〜１×１０21atoms／cm3とした（図７（Ｃ））。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１２１に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ+）と表す。不純物領域１１９にも同時にリン（Ｐ）が添加されるが、既に前の工程で添加されたボロン（Ｂ）濃度と比較して不純物領域１１７に添加されたリン（Ｐ）濃度はその１／２〜１／３程度なのでｐ型の導電性が確保され、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはない。
【０１００】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程をレーザーアニール法で行う。この工程はファーネスアニール炉を用いれば良い。その他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行うことができる。ここでは、レーザー活性化の方法を用い、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として島状半導体膜が形成された基板全面を処理した。また、アニール処理の前に、５０〜２００nmの厚さの保護絶縁層１２２を酸化窒化珪素膜や酸化珪素膜などで形成すると良い。（図７（Ｄ））。
【０１０１】
活性化の工程の後、さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体膜にある１０16〜１０18/cm3のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。
【０１０２】
活性化および水素化の工程が終了したら、保護絶縁層上にさらに酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜を積層させ、層間絶縁層１２３を形成する。酸化窒化珪素膜は保護絶縁層１２２と同様にしてＳｉＨ4を２７SCCM、Ｎ2Ｏを９００SCCMとして反応圧力１６０Pa、基板温度３２５℃とし、放電電力密度を０．１５W/cm2として、５００〜１５００nm（好ましくは６００〜８００nm）の厚さで形成する。そして、層間絶縁層１２３および保護絶縁層１２２にＴＦＴのソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線１２４、１２５と、ドレイン配線１２６を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とした。
【０１０３】
次に、パッシベーション膜１２７として、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜を５０〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。さらに、この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。また、このような熱処理により層間絶縁層１２３および保護絶縁層１２２に存在する水素を島状半導体膜１０７、１０８ｂに拡散させ水素化をすることもできる。
【０１０４】
こうして図７（Ｅ）に示すように、基板１０１上に、ｎチャネル型ＴＦＴ１５１とｐチャネル型ＴＦＴ１５０とを完成させることができた。ｐチャネル型ＴＦＴ１５０には、島状半導体膜１０７にチャネル形成領域１５２、ソース領域１５３、ドレイン領域１５４を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ１５１には、島状半導体膜１０８にチャネル形成領域１５５、ゲート電極１１７と重なるＬＤＤ領域１５６（以降、このようなＬＤＤ領域をＬovと記す）、ソース領域１５７、ドレイン領域１５８を有している。このＬov領域のチャネル長方向の長さは、チャネル長３〜８μmに対して、０．５〜３．０μm（好ましくは１．０〜１．５μm）
とした。本実施例ではそれぞれのＴＦＴをシングルゲート構造としたが、ダブルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１０５】
図８（Ｃ）は図７（Ｅ）における上面図を示している。ソース配線１２４、１２５は、図示していない層間絶縁層１２３、保護絶縁層１２２に設けられたコンタクトホールによって島状半導体膜１０７、１０８ｂと接触している。図８（Ｃ）において、Ａ−Ａ'断面が図７（Ｅ）における断面構造に対応している。
【０１０６】
このようにして作製されたｐチャネル型ＴＦＴ１５０とｎチャネル型ＴＦＴ１５１は、チャネル形成領域が結晶粒径の大きな多結晶珪素膜で形成されている。
また、このようなＴＦＴを用いてシフトレジスタ回路、バッファ回路、Ｄ／Ａコンバータ回路、レベルシフタ回路、マルチプレクサ回路などを形成することができる。これらの回路を適宣組み合わせることにより、液晶表示装置やＥＬ表示装置、および密着型イメージセンサなどガラス基板上に作製される半導体装置を形成することができる。
【０１０７】
ただし、上記全ての熱処理において、有機樹脂膜１０３、１０４が耐え得る温度範囲内になるよう熱処理の温度には十分気をつけることが必要である。
【実施例６】
【０１０８】
本発明の実施例を図９〜図１３を用いて説明する。ここでは画素部の画素ＴＦＴと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同一基板上に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。但し、説明を簡単にするために、制御回路ではシフトレジスタ回路、バッファ回路などの基本回路であるＣＭＯＳ回路と、サンプリング回路を形成するｎチャネル型ＴＦＴとを図示することにする。
【０１０９】
まず、実施例１に記載した方法により基板２０１上に、島状の有機樹脂膜２０３〜２０６、無機絶縁膜２０７、非晶質半導体膜２０８ａを形成する。（図９（Ａ））
【０１１０】
次いで、実施例１に記載した方法により非晶質半導体膜２０８ａをレーザー結晶化させ結晶質半導体膜２０８ｂを形成する。（図９（Ｂ））ここでは、結晶質半導体膜２０８ｂのうち、下方に無機絶縁膜を介して有機樹脂膜を有している領域の結晶粒径は、有機樹脂膜を有していない領域よりも大きいが図示しない。
【０１１１】
次いで、結晶質半導体膜２０８ｂをエッチング処理して島状に分割し、島状半導体膜２０９、２１０ａ〜２１２ａを形成し活性層とする。その後、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化珪素膜によるマスク層２１３を形成する。（図９（Ｃ））
【０１１２】
チャネルドープ工程は、フォトレジストマスク２１４を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜２１０ａ〜２１２ａの全面にしきい値電圧を制御する目的で１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を添加した。ボロン（Ｂ）の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質珪素膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。ここでのボロン（Ｂ）添加は必ずしも必要でないが、ボロン（Ｂ）を添加した半導体層２１０ｂ〜２１２ｂはｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが好ましかった（図９（Ｄ））。
【０１１３】
駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体膜２１０ｂ、２１１ｂに選択的に添加する。あらかじめフォトレジストマスク２１５〜２１８を形成した。ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を適用した。形成された不純物領域（ｎ-）２１９、２２０のリン（Ｐ）濃度は、１×１０17〜５×１０19atoms／cm3とする（図１０（Ａ））。また、不純物領域２２１は、画素部の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン（Ｐ）
を添加した。
【０１１４】
次に、マスク層２１３をフッ酸などにより除去して、図９（Ｄ）と図１０（Ａ）で添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニールや、レーザーアニールの方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体膜が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。
【０１１５】
そして、ゲート絶縁膜２２２をプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて４０〜１５０ｎｍの厚さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｏ2を原料としてプラズマＣＶＤ法で作製される酸化窒化珪素膜で形成する。（図１０（Ｂ））
【０１１６】
次に、ゲート電極を形成するために第１の導電層を成膜する。本実施例では導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）２２３と金属膜から成る導電層（Ｂ）２２４とを積層させた。ここでは、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で導電層（Ｂ）２２４をタングステン（Ｗ）で２５０nmの厚さに形成し、導電層（Ａ）２２３はタングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成した（図１０（Ｃ））。
【０１１７】
次に、フォトレジストマスク２２５〜２２９を形成し、導電層（Ａ）２２３と導電層（Ｂ）２２４とを一括でエッチングしてゲート電極２３０〜２３３と容量配線２３４を形成する。ゲート電極２３０〜２３３と容量配線２３４は、導電層（Ａ）から成る２３０ａ〜２３４ａと、導電層（Ｂ）から成る２３０ｂ〜２３４ｂとが一体として形成されている。この時、駆動回路に形成するゲート電極２３１、２３２は不純物領域２１９、２２０の一部と、ゲート絶縁膜２２２を介して重なるように形成する（図１０（Ｄ））。
【０１１８】
次いで、駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域を形成するために、ｐ型を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここでは、ゲート電極２３０をマスクとして、自己整合的に不純物領域を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域はフォトレジストマスク２３５で被覆しておく。そして、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で不純物領域（ｐ+）２３６を１×１０21atoms／cm3の濃度で形成した（図１１（Ａ））。
【０１１９】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の形成を行った。レジストのマスク２３７〜２３９を形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して不純物領域２４１〜２４４を形成した。これは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行い、不純物領域（ｎ+）
２４１〜２４４の（Ｐ）濃度を５×１０20atoms／cm3とした（図１１（Ｂ））。
不純物領域２４０には、既に前工程で添加されたボロン（Ｂ）が含まれているが、それに比して１／２〜１／３の濃度でリン（Ｐ）が添加されるので、添加されたリン（Ｐ）の影響は考えなくても良く、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはなかった。
【０１２０】
そして、画素部のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物添加の工程を行った。ここではゲート電極２３３をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加した。添加するリン（Ｐ）の濃度は５×１０16atoms／cm3とし、図９（Ａ）および図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度で添加することで、実質的には不純物領域（ｎ--）２４５、２４６のみが形成される（図１１（Ｃ））。
【０１２１】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化するために窒素雰囲気中で熱処理工程（４００〜７００℃）を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いた熱アニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行うことができる。
【０１２２】
この熱アニールにおいて、ゲート電極２３０〜２３３と容量配線２３４形成するＷ膜２３０ｂ〜２３４ｂは、表面から５〜８０ｎｍの厚さでＷＮから成る導電層（Ｃ）２３０ｃ〜２３４ｃが形成される。また、その他に導電層（Ｂ）２３０ｂ〜２３４ｂが、チタン（Ｔｉ）の場合には窒化チタン（ＴｉＮ）を形成することができる。また、窒素またはアンモニアなどを用いた窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電極２３０〜２３４を晒しても同様に形成することができる。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱アニールを行い、島状半導体膜を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体膜にある１×１０16〜１×１０18/cm3のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。（図１１（Ｄ））
【０１２３】
なお、図１４（Ａ）は、図１１（Ｄ）におけるＴＦＴの上面図であり、Ａ−Ａ'断面は図１１（Ｄ）のＡ−Ａ'に対応している。
【０１２４】
活性化および水素化の工程が終了したら、ゲート配線とする第２の導電層を形成する。この第２の導電層は低抵抗材料であるアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）
を主成分とする導電層（Ｄ）で形成する。いずれにしても、第２の導電層の抵抗率は０．１〜１０μΩcm程度とする。さらに、チタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）から成る導電層（Ｅ）を積層形成すると良い。本実施例では、チタン（Ｔｉ）を０．１〜２重量％含むアルミニウム（Ａｌ）膜を導電層（Ｄ）２４７とし、チタン（Ｔｉ）膜を導電層（Ｅ）２４８として形成した。導電層（Ｄ）２４７は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良く、導電層（Ｅ）２４８は５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）で形成すれば良い（図１２（Ａ））。
【０１２５】
そして、ゲート電極に接続するゲート配線を形成するために導電層（Ｅ）２４８と導電層（Ｄ）２４７とをエッチング処理して、ゲート配線２４９、２５０と容量配線２５１を形成した。
【０１２６】
なお、図１４（Ｂ）はこの状態の上面図を示し、Ａ−Ａ'断面は図１２（Ｂ）
のＡ−Ａ'に対応している。
【０１２７】
次いで、第１の層間絶縁膜２５２は５００〜１５００ｎｍの厚さで酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜で形成する。本実施例では、ＳｉＨ4を２７SCCM、Ｎ2Ｏを９００SCCM、として反応圧力１６０Pa、基板温度３２５℃で放電電力密度０．１５W/cm2で形成した。その後、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線２５３〜２５６と、ドレイン配線２５７〜２６０を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とした。
【０１２８】
次に、パッシベーション膜２６１として、窒化珪素膜、酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜を５０〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。また、このような熱処理により第１の層間絶縁膜２５２に存在する水素を島状半導体膜２０９、２１０ｂ〜２１２ｂに拡散させ水素化をすることもできる。（図１２（Ｃ））。なお、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜２６１に開口部を形成しておいても良い。
【０１２９】
図１４（Ｃ）はこの状態の上面図を示し、Ａ−Ａ'断面は図１２（Ｃ）のＡ−Ａ'に対応している。
【０１３０】
その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜２６２を１．０〜１．５μｍの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形成した。そして、第２の層間絶縁膜２６２にドレイン配線２６０に達するコンタクトホールを形成し、画素電極２６３、２６４を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成した（図１３）。
【０１３１】
こうして同一基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができた。駆動回路にはｐチャネル型ＴＦＴ３０１、第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３、画素部には画素ＴＦＴ３０４、保持容量３０５が形成した。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１３２】
ただし、上記アクティブマトリクス基板の全ての熱処理において、有機樹脂膜２０３〜２０６が耐え得る温度範囲内になるよう熱処理の温度には十分気をつけることが必要である。
【０１３３】
駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ３０１には、島状半導体膜２０９にチャネル形成領域３０６、ソース領域３０７ａ、３０７ｂ、ドレイン領域３０８ａ，３０８ｂを有している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２には、島状半導体膜２１０にチャネル形成領域３０９、ゲート電極２３１と重なるＬＤＤ領域（Ｌov）３１０、ソース領域３１１、ドレイン領域３１２を有している。このＬov領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜１．５μｍとした。
第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３には、島状半導体膜２１１にチャネル形成領域３１３、Ｌov領域とＬoff領域（ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域であり、以降Ｌoff領域と記す）とが形成され、このＬoff領域のチャネル長方向の長さは０．３〜２．０μｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍである。画素ＴＦＴ３０４には、島状半導体膜２１２にチャネル形成領域３１８、３１９、Ｌoff領域３２０〜３２３、ソースまたはドレイン領域３２４〜３２６を有している。Ｌoff領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線２３４、２５１と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ３０４のドレイン領域３２６に接続し、ｎ型を付与する不純物元素が添加された半導体層３２７とから保持容量３０５が形成されている。
図１２では画素ＴＦＴ３０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１３４】
以上の様な構成は、画素ＴＦＴおよび駆動回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するＴＦＴの構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能としている。さらにゲート電極を耐熱性を有する導電性材料で形成することによりＬＤＤ領域やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易とし、ゲート配線低抵抗材料で形成することにより、配線抵抗を十分低減できる。従って、表示領域（画面サイズ）が４インチクラス以上の表示装置に適用することができる。そして、下地層を形成する有機樹脂層２０３〜２０６上で選択的に形成された結晶質半導体膜を用いることにより、完成したＴＦＴにおいて非常に優れた特性を実現することができる。
【実施例７】
【０１３５】
本実施例では、実施例６で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。図１５に示すように、図１３の状態のアクティブマトリクス基板に対し、配向膜６０１を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の対向基板６０２には、遮光膜６０３、透明導電膜６０４および配向膜６０５を形成した。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにした。そして、画素部と、ＣＭＯＳ回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶材料６０６を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止した。
液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１５に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成した。
【０１３６】
次に、このアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図１６の斜視図および図１７の上面図を用いて説明する。尚、図１６と図１７は、図９〜図１３と図１５の断面構造図と対応付けるため、共通の符号を用いている。また、図１７で示すＥ―Ｅ’に沿った断面構造は、図１３に示す画素マトリクス回路の断面図に対応している。
【０１３７】
図１６においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板２０１上に形成された、画素部７０６と、走査信号駆動回路７０４と、画像信号駆動回路７０５で構成される。表示領域には画素ＴＦＴ３０４が設けられ、周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路７０４と、画像信号駆動回路７０５はそれぞれゲート配線２５０とソース配線２５６で画素ＴＦＴ３０４に接続している。また、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）７３１が外部入力端子７３４に接続され、入力配線７０２、７０３でそれぞれの駆動回路に接続している。
【０１３８】
図１７は表示領域７０６のほぼ一画素分を示す上面図である。ゲート配線２５０は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層２１２と交差している。図示はしていないが、半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ｎ--領域でなるＬoff領域が形成されている。また、２６５はソース配線２５６とソース領域３２４とのコンタクト部、２６６はドレイン配線２６０とドレイン領域３２６とのコンタクト部、２６７はドレイン配線２６０と画素電極２６３のコンタクト部である。保持容量３０５は、画素ＴＦＴ３０４のドレイン領域３２６から延在する半導体層３２７とゲート絶縁膜を介して容量配線２３４、２５１が重なる領域で形成されている。
【０１３９】
なお、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、実施例６で説明した構造と照らし合わせて説明したが、実施例６の構成に限定されるものでなく、実施形態１〜５で示した構成を実施例６に応用して完成させたアクティブマトリクス基板を用いても良い。いずれにしても、実施の形態で示した有機樹脂膜を設けたアクティブマトリクス基板であれば自由に組み合わせてアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製することができる。
【実施例８】
【０１４０】
本実施例では、本願発明を用いてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）モジュール（ＥＬ表示装置ともいう）を作製した例について説明する。
【０１４１】
図１９（Ａ）は本願発明を用いたＥＬ表示パネルの上面図である。図１９（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線１４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続される。
【０１４２】
このとき少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を覆うようにして基板８２を設ける。なお、基板８２はガラス板またはプラスチック板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。基板８２を用いた場合、接着剤８１によって基板１０に固着させ、基板１０との間に樹脂２０を充填する。このとき、ＥＬ素子は完全に前記樹脂２０に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。
【０１４３】
また、基板８２と基板１０との間に密閉空間を設け不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素等）を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を設けてもよい。これによりＥＬ素子の水分等による劣化を抑制することが可能である。
【０１４４】
また、図１９（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示パネルの断面構造であり、基板１０、無機絶縁膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではＮＴＦＴとＰＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示している。）が形成されている。駆動回路用ＴＦＴ２２としては、図７に示したＮＴＦＴ及びＰＴＦＴを用いれば良い。また、画素部用ＴＦＴ２３には図７に示したＮＴＦＴまたはＰＴＦＴを用いれば良い。
【０１４５】
本願発明を用いて駆動回路用ＴＦＴ２２、画素部用ＴＦＴ２３が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６の上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成し、画素電極２７上に開口部を形成する。
【０１４６】
次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料には低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能である。
【０１４７】
本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣＭ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。
勿論、単色発光のＥＬ表示装置とすることもできる。
【０１４８】
ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続成膜するか、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【０１４９】
なお、本実施例では陰極３０として、ＬｉＦ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そして陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。また、樹脂８０で接続部分を覆い、接続部分を保護する。
【０１５０】
３１に示された領域において陰極３０と配線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要がある。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極用コンタクトホールの形成時）
や絶縁膜２８のエッチング時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることができる。
【０１５１】
また、配線１６は基板８２と基板１０との間を隙間（但し接着剤８１で塞がれている。）を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線１６について説明したが、他の配線１４、１５も同様にして基板８２の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１５２】
以上のような構成でなるＥＬ表示パネルにおいて、本願発明を用いることができる。ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図２０に、上面構造を図２１（Ａ）に、回路図を図２１（Ｂ）に示す。図２０、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）では共通の符号を用いるので互いに参照すれば良い。
【０１５３】
図２１において、基板１００１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ１００２は本願発明のＮＴＦＴを用いて形成される。本実施例ではダブルゲート構造としているが、構造及び作製プロセスに大きな違いはないので説明は省略する。但し、ダブルゲート構造とすることで実質的に二つのＴＦＴが直列された構造となり、オフ電流値を低減することができるという利点がある。なお、本実施例ではダブルゲート構造としているが、シングルゲート構造でも構わないし、トリプルゲート構造やそれ以上のゲート本数を持つマルチゲート構造でも構わない。また、本願発明のＰＴＦＴを用いて形成しても構わない。
【０１５４】
また、電流制御用ＴＦＴ１００３は本願発明のＮＴＦＴを用いて形成される。
このとき、スイッチング用ＴＦＴ１００２のドレイン配線３５は配線３６によって電流制御用ＴＦＴのゲート電極３７に電気的に接続されている。また、３８で示される配線は、スイッチング用ＴＦＴ１００２のゲート電極３９a、３９bを電気的に接続するゲート配線である。
【０１５５】
このとき、電流制御用ＴＦＴ１００３が本願発明の構造であることは非常に重要な意味を持つ。電流制御用ＴＦＴはＥＬ素子を流れる電流量を制御するための素子であるため、多くの電流が流れ、熱による劣化やホットキャリアによる劣化の危険性が高い素子でもある。そのため、電流制御用ＴＦＴのドレイン側に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に重なるようにＬＤＤ領域を設ける本願発明の構造は極めて有効である。
【０１５６】
また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ１００３をシングルゲート構造で図示しているが、複数のＴＦＴを直列につなげたマルチゲート構造としても良い。さらに、複数のＴＦＴを並列につなげて実質的にチャネル形成領域を複数に分割し、熱の放射を高い効率で行えるようにした構造としても良い。このような構造は熱による劣化対策として有効である。
【０１５７】
また、図２１（Ａ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ１００３のゲート電極３７となる配線は１００４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ１００３のドレイン配線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、１００４で示される領域ではコンデンサが形成される。このコンデンサ１００４は電流制御用ＴＦＴ１００３のゲートにかかる電圧を保持するためのコンデンサとして機能する。なお、ドレイン配線４０は電流供給線（電源線）１１０１に接続され、常に一定の電圧が加えられている。
【０１５８】
スイッチング用ＴＦＴ１００２及び電流制御用ＴＦＴ１００３の上には第１パッシベーション膜４１が設けられ、その上に樹脂絶縁膜でなる平坦化膜４２が形成される。平坦化膜４２を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるＥＬ層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、ＥＬ層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１５９】
また、４３は反射性の高い導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陰極）であり、電流制御用ＴＦＴ１００３のドレインに電気的に接続される。画素電極４３としてはアルミニウム合金膜、銅合金膜または銀合金膜など低抵抗な導電膜またはそれらの積層膜を用いることが好ましい。勿論、他の導電膜との積層構造としても良い。
【０１６０】
また、絶縁膜（好ましくは樹脂）で形成されたバンク４４a、４４bにより形成された溝（画素に相当する）の中に発光層４５が形成される。なお、ここでは一画素しか図示していないが、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けても良い。発光層とする有機ＥＬ材料としてはπ共役ポリマー系材料を用いる。代表的なポリマー系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）系、ポリフルオレン系などが挙げられる。
【０１６１】
なお、ＰＰＶ系有機ＥＬ材料としては様々な型のものがあるが、例えば「H. Shenk,H.Becker,O.Gelsen,E.Kluge,W.Kreuder,and H.Spreitzer,“Polymers for Light Emitting Diodes”,Euro Display,Proceedings,1999,p.33-37」や特開平１０−９２５７６号公報に記載されたような材料を用いれば良い。
【０１６２】
具体的な発光層としては、赤色に発光する発光層にはシアノポリフェニレンビニレン、緑色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン、青色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン若しくはポリアルキルフェニレンを用いれば良い。膜厚は３０〜１５０ｎｍ（好ましくは４０〜１００ｎｍ）とすれば良い。
【０１６３】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機ＥＬ材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてＥＬ層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。また、ＥＬ層として一重項励起により発光（蛍光）
する発光材料（シングレット化合物）からなる薄膜、または三重項励起により発光（リン光）する発光材料（トリプレット化合物）からなる薄膜を用いることができる。
【０１６４】
例えば、本実施例ではポリマー系材料を発光層として用いる例を示したが、低分子系有機ＥＬ材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機ＥＬ材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１６５】
本実施例では発光層４５の上にＰＥＤＯＴ（ポリチオフェン）またはＰＡｎｉ（ポリアニリン）でなる正孔注入層４６を設けた積層構造のＥＬ層としている。
そして、正孔注入層４６の上には透明導電膜でなる陽極４７が設けられる。本実施例の場合、発光層４５で生成された光は上面側に向かって（ＴＦＴの上方に向かって）放射されるため、陽極は透光性でなければならない。透明導電膜としては酸化インジウムと酸化スズとの化合物や酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができるが、耐熱性の低い発光層や正孔注入層を形成した後で形成するため、可能な限り低温で成膜できるものが好ましい。
【０１６６】
陽極４７まで形成された時点でＥＬ素子２４０５が完成する。なお、ここでいうＥＬ素子１００５は、画素電極（陰極）４３、発光層４５、正孔注入層４６及び陽極４７で形成されたコンデンサを指す。図２１（Ａ）に示すように画素電極４３は画素の面積にほぼ一致するため、画素全体がＥＬ素子として機能する。従って、発光の利用効率が非常に高く、明るい画像表示が可能となる。
【０１６７】
ところで、本実施例では、陽極４７の上にさらに第２パッシベーション膜４８を設けている。第２パッシベーション膜４８としては窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜が好ましい。この目的は、外部とＥＬ素子とを遮断することであり、有機ＥＬ材料の酸化による劣化を防ぐ意味と、有機ＥＬ材料からの脱ガスを抑える意味との両方を併せ持つ。これによりＥＬ表示装置の信頼性が高められる。
【０１６８】
以上のように本願発明のＥＬ表示パネルは図２０のような構造の画素からなる画素部を有し、オフ電流値の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴとを有する。従って、高い信頼性を有し、且つ、良好な画像表示が可能なＥＬ表示パネルが得られる。
【０１６９】
なお、本実施例の構成は、実施例１〜７の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例９】
【０１７０】
本実施例では、実施例８に示した画素部において、ＥＬ素子１００５の構造を反転させた構造について説明する。説明には図２２を用いる。なお、図２１（Ａ）の構造と異なる点はＥＬ素子の部分と電流制御用ＴＦＴだけであるので、その他の説明は省略することとする。
【０１７１】
図２２において、電流制御用ＴＦＴ１２０１は本願発明のＰＴＦＴを用いて形成される。作製プロセスは実施例１を参照すれば良い。
【０１７２】
本実施例では、画素電極（陽極）５０として透明導電膜を用いる。具体的には酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物でなる導電膜を用いる。勿論、酸化インジウムと酸化スズとの化合物でなる導電膜を用いても良い。
【０１７３】
そして、絶縁膜でなるバンク５１a、５１bが形成された後、溶液塗布によりポリビニルカルバゾールでなる発光層５２が形成される。その上にはカリウムアセチルアセトネート（ａｃａｃＫと表記される）でなる電子注入層５３、アルミニウム合金でなる陰極５４が形成される。この場合、陰極５４がパッシベーション膜としても機能する。こうしてＥＬ素子１２０２が形成される。
【０１７４】
本実施例の場合、発光層５３で発生した光は、矢印で示されるようにＴＦＴが形成された基板の方に向かって放射される。本実施例のような構造とする場合、電流制御用ＴＦＴ１２０１はＰＴＦＴで形成することが好ましい。
【０１７５】
なお、本実施例の構成は、実施例１〜７の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１０】
【０１７６】
本実施例では、図２１（Ｂ）に示した回路図とは異なる構造の画素とした場合の例について図２３に示す。なお、本実施例において、１３０１はスイッチング用ＴＦＴ１３０２のソース配線、１３０３はスイッチング用ＴＦＴ１３０２のゲート配線、１３０４は電流制御用ＴＦＴ、１３０５はコンデンサ、１３０６、１３０８は電流供給線、１３０７はＥＬ素子とする。
【０１７７】
図２３（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線１３０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線１３０６を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０１７８】
また、図２３（Ｂ）は、電流供給線１３０８をゲート配線１３０３と平行に設けた場合の例である。なお、図２３（Ｂ）では電流供給線１３０８とゲート配線１３０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電源供給線１３０８とゲート配線１３０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０１７９】
また、図２３（Ｃ）は、図２３（Ｂ）の構造と同様に電流供給線１３０８をゲート配線１３０３と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線１３０８を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線１３０８をゲート配線１３０３のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０１８０】
なお、本実施例の構成は、実施例８または実施例９の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１１】
【０１８１】
実施例８に示した図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ１００３のゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ１００４を設ける構造としているが、コンデンサ１００４を省略することも可能である。
【０１８２】
実施例８の場合、電流制御用ＴＦＴ１００３として図２０に示すような本願発明のＮＴＦＴを用いているため、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なるように設けられたＬＤＤ領域を有している。この重なり合った領域には一般的にゲート容量と呼ばれる寄生容量が形成されるが、本実施例ではこの寄生容量をコンデンサ１００４の代わりとして積極的に用いる点に特徴がある。
【０１８３】
この寄生容量のキャパシタンスは上記ゲート電極とＬＤＤ領域とが重なり合った面積によって変化するため、その重なり合った領域に含まれるＬＤＤ領域の長さによって決まる。
【０１８４】
また、実施例１０に示した図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様にコンデンサ１３０５を省略することは可能である。
【０１８５】
なお、本実施例の構成は、実施例８または実施例９の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１２】
【０１８６】
本願発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、ＥＬモジュール、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【０１８７】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図２４、図２５及び図２６に示す。
【０１８８】
図２４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４等を含む。本発明を画像入力部２００２、表示部２００３やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１８９】
図２４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。本発明を表示部２１０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９０】
図２４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む。本発明は表示部２２０５やその他の駆動回路に適用できる。
【０１９１】
図２４（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３等を含む。本発明は表示部２３０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９２】
図２４（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
本発明は表示部２４０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９３】
図２４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。本願発明を表示部２５０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９４】
図２５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９５】
図２５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。本発明は投射装置２７０２の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１９６】
なお、図２５（Ｃ）は、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図２５（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１９７】
また、図２５（Ｄ）は、図２５（Ｃ）中における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系２８０１は、リフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図２５（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１９８】
ただし、図２５に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びＥＬ表示装置での適用例は図示していない。
【０１９９】
図２６（Ａ）は携帯電話であり、本体２９０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６等を含む。本願発明を音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示部２９０４やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２００】
図２６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６等を含む。本発明は表示部３００２、３００３やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２０１】
図２６（Ｃ）はディスプレイであり、本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。本発明は表示部３１０３に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０２０２】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１１のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【実施例１３】
【０２０３】
本実施例では、以下のような実験を行った。以下に本実施例で示す実験手順を示す。
【０２０４】
まず、ガラス基板１４００上に膜厚２００ｎｍのＢＣＢ膜を成膜した後、後に形成する半導体層と同じマスクを用いてパターニングした後、ＢＣＢ膜１４０１を形成した。
【０２０５】
次いで、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を２００ｎｍの厚さで積層形成する。
【０２０６】
次いで、本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５４ｎｍの非晶質シリコン膜１４０３を成膜した。（図２７（Ａ））
【０２０７】
この非晶質シリコン膜に脱水素化（５００℃、１時間）を行った後、パターニングを行った。（図２７（Ｂ））
【０２０８】
次いで、バッファーフッ酸で自然酸化膜の除去を行い、本実施例のレーザーアニ―ル処理を行って結晶質シリコン膜１４０４を形成した。（図２７（Ｃ））
【０２０９】
なお、上記結晶質シリコン膜１４０４の形成工程は、実施例１乃至１１のいずれか一に記載の結晶質シリコン膜の形成工程に代えて使用することができることは言うまでもない。
【０２１０】
本実施例のレーザーアニ―ル処理は、図２８に示した方法で非晶質シリコン膜１４０３の表面及び裏面にエキシマレーザー光１５０２、１５０３（波長３０８ｎｍ）を照射した。ここでのレーザー照射条件は、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、非晶質シリコン膜１４０３が形成された基板全面を処理した。ただし、ここでは波長３０８ｎｍのエキシマレーザーに対する透過率が約５０％であるガラス基板（コーニング１７３７）を用いたが、波長３０８ｎｍのエキシマレーザーに対する透過率が約１００％である石英基板を用いてもよい。
【０２１１】
図２８において、１４００は透光性基板であり、その表面にはＢＣＢ膜１４０１、絶縁膜１４０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）１４０３が形成されている。また、透光性基板１４００の下にはレーザー光を反射させるための反射体１５０１が配置される。
【０２１２】
透光性基板１４００はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。この透光性基板１４００自体で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することが可能である。また、絶縁膜１８０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良く、この絶縁膜１４００で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節しても良い。
【０２１３】
また、図２８の構成においては、第二次レーザー光１５０３は、反射体１５０１で反射されたレーザー光である。従って、非晶質半導体膜１４０３で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することもできる。また、非晶質半導体膜１４０３はアモルファスシリコン膜の他に、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も含む。
【０２１４】
また、反射体１５０１は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。
【０２１５】
さらに、この反射体１５０１は透光性基板１４００に接して設けても良いし、離して設けても良い。また、反射体１５０１を配置する代わりに、基板１４００の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。いずれにしても、この反射体１５０１の反射率で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することができる。また、反射体１５０１を透光性基板１４００と離して設置する場合、その隙間に充填する気体（ガス）で第二次レーザー光のエネルギー強度を制御することも可能である。
【０２１６】
なお、上記レーザーアニ―ル処理は、実施例１乃至１１のいずれか一に記載のレーザーアニール処理に代えて使用することができることは言うまでもない。
【０２１７】
以上の工程を経て形成された結晶質シリコン膜における結晶粒径の大きさを観察したＳＥＭ写真図が図２９である。図２９に示すように約２μｍ程度の大きな結晶粒径を有する結晶質シリコン膜が得られた。この粒径の大きな領域をＴＦＴのチャネル形成領域として用いれば、良好なＴＦＴ特性を示すＴＦＴを得ることができる。
【０２１８】
また、結晶成長の始点位置を調べるために比較的大きな島状半導体をパターニングしてレーザーを照射した後、観察したＳＥＭ写真図が図３０である。図３０に示すように端部からラテラル成長している結晶質シリコン膜が得られた。
【０２１９】
以上の実験結果から、本発明により結晶質半導体膜における結晶の位置を制御できることが実証された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、島状で且つ端部にテーパーを有する第１の形状の膜を形成し、
前記第１の形状の膜を覆うように無機絶縁膜を形成し、
前記無機絶縁膜上に、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重なる第１領域と、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重ならない第２領域とを有する非晶質構造を含む半導体膜を形成し、
前記非晶質構造を含む半導体膜にレーザー光を照射することによって、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜をパターニングして前記第１領域のみを有する島状の結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に、島状で且つ端部にテーパーを有する第１の形状の膜を形成し、
前記第１の形状の膜を覆うように無機絶縁膜を形成し、
前記無機絶縁膜上に、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重なる第１領域と、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重ならない第２領域とを有する非晶質構造を含む半導体膜を形成し、
前記非晶質構造を含む半導体膜にレーザー光を照射することによって、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜をパターニングして前記第１領域のみを有する島状の結晶質半導体膜を形成し、
前記島状の結晶質半導体膜を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に層間絶縁層を形成し、
前記層間絶縁層及び前記ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールに前記島状の結晶質半導体膜と接続する配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記結晶質半導体膜において、前記第１領域における結晶粒径は、前記第２領域における結晶粒径より大きいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記レーザー光は、前記基板に対して前記第１の形状の膜及び前記無機絶縁膜を形成した側並びにその反対側から同時に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記無機絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記基板と前記第１の形状の膜の間に絶縁膜を有していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
基板上に、島状で且つ端部にテーパーを有する第１の形状の膜を形成し、
前記第１の形状の膜を覆うように無機絶縁膜を形成し、
前記無機絶縁膜上に、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重なる第１領域と、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重ならない第２領域とを有する非晶質構造を含む半導体膜を形成し、
前記非晶質構造を含む半導体膜にレーザー光を照射することによって、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜をパターニングして前記第１領域のみを有する島状の結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に、島状で且つ端部にテーパーを有する第１の形状の膜を形成し、
前記第１の形状の膜を覆うように無機絶縁膜を形成し、
前記無機絶縁膜上に、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重なる第１領域と、前記無機絶縁膜を介して前記第１の形状の膜と重ならない第２領域とを有する非晶質構造を含む半導体膜を形成し、
前記非晶質構造を含む半導体膜にレーザー光を照射することによって、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜をパターニングして前記第１領域のみを有する島状の結晶質半導体膜を形成し、
前記島状の結晶質半導体膜を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜上に層間絶縁層を形成し、
前記層間絶縁層及び前記ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホールに前記島状の結晶質半導体膜と接続する配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記結晶質半導体膜において、前記第１領域における結晶粒径は、前記第２領域における結晶粒径より大きいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記レーザー光は、前記基板に対して前記第１の形状の膜及び前記無機絶縁膜を形成した側並びにその反対側から同時に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記無機絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記基板と前記第１の形状の膜の間に絶縁膜を有していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１１−１７１７４８（Ｐ２０１１−１７１７４８Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１２２３（Ｐ２０１１−５１２２３）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【分割の表示】特願２０００−３２６０４９（Ｐ２０００−３２６０４９）の分割
【原出願日】平成１２年１０月２５日（２０００．１０．２５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【分割の表示】特願２０００−３２６０４９（Ｐ２０００−３２６０４９）の分割
【原出願日】平成１２年１０月２５日（２０００．１０．２５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]