液晶表示装置
【課題】非晶質半導体膜の結晶化工程において、非晶質半導体膜上に金属元素を導入して加熱処理を行なった、レーザアニールを行って得られた多結晶半導体膜を基に作製された薄膜トランジスタの電気的特性は非常に高いものとなるが、ばらつきが顕著になる場合がある。
【解決手段】非晶質半導体膜上に金属元素を導入して加熱処理を行なって連続的な結晶化領域の中に非晶質領域が点在する第１の多結晶半導体膜１０３ｂを得る。このとき、非晶質領域を所定の範囲に収めておく。そして、結晶化領域より非晶質領域にエネルギーを加えることができる波長域にあるレーザビームを第１の多結晶半導体膜１０３ｂに照射すると、結晶化領域を崩すことなく非晶質領域を結晶化させることができる。以上の結晶化工程を経て得られた第２の多結晶半導体膜を基にＴＦＴを作製すると、その電気的特性は高く、しかもばらつきの少ないものが得られる。
【解決手段】非晶質半導体膜上に金属元素を導入して加熱処理を行なって連続的な結晶化領域の中に非晶質領域が点在する第１の多結晶半導体膜１０３ｂを得る。このとき、非晶質領域を所定の範囲に収めておく。そして、結晶化領域より非晶質領域にエネルギーを加えることができる波長域にあるレーザビームを第１の多結晶半導体膜１０３ｂに照射すると、結晶化領域を崩すことなく非晶質領域を結晶化させることができる。以上の結晶化工程を経て得られた第２の多結晶半導体膜を基にＴＦＴを作製すると、その電気的特性は高く、しかもばらつきの少ないものが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと言う）で構成された回路を有する半導体装置及びその作製方法に関する。例えば、液晶表示装置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品として搭載した電気機器の構成に関する。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、上記電気光学装置及び電気機器もその範疇にあるとする。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜に対し、加熱、またはレーザアニール、または加熱とレーザアニールの両方を行い、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記半導体膜には珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
上記技術により得られた結晶質半導体膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶半導体膜と呼ばれる。多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、多結晶半導体膜を利用すると、例えば、従来の非晶質半導体膜を使って作製した半導体装置では実現できなかったモノリシック型の液晶電気光学装置（一枚の基板上に、画素駆動用と駆動回路用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製した半導体装置）が作製できる。
【０００４】
このように、多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に電気的特性の高い半導体膜である。これが、上記研究の行われる理由である。例えば、加熱による非晶質半導体膜の結晶化を行うには、６００℃以上の加熱温度と１０時間以上、好ましくは２０時間以上の加熱時間が必要であった。この結晶化条件に耐える基板には、例えば、石英基板がある。しかしながら、石英基板は高価で加工性に乏しく、特に大面積に加工するのは非常に困難であった。基板の大面積化は特に生産効率を上げるためには必要不可欠な要素である。近年、生産効率の向上のために基板を大面積化する動きが著しく、新しく建設される生産工場のラインは、基板サイズ６００ｍｍ×７２０ｍｍが標準となりつつある。
【０００５】
このような大面積基板に石英基板を加工することは現在の技術では難しく、たとえできたとしても産業として成り立つ価格までは下がらないだろう。大面積基板を容易に作製できる材料に、例えばガラスがある。ガラス基板には、例えばコーニング７０５９と呼ばれているものがある。コーニング７０５９は非常に安価で加工性に富み、大面積化も容易である。しかしながら、コーニング７０５９は歪点温度が５９３℃であり、６００℃以上の加熱には問題があった。
【０００６】
ガラス基板の１つに、歪点温度が比較的高いコーニング１７３７というものがある。これの歪点温度は６６７℃と高い。これに非晶質半導体膜を成膜し、６００℃、２０時間の雰囲気に置くと、作製工程に影響するほどの基板の変形は見られなかった。しかしながら、２０時間の加熱時間は量産工程としては長すぎ、加熱温度６００℃は、コストの面から考えると、少しでも低い方が好ましかった。
【０００７】
このような問題を解決するため、新しい結晶化の方法が考案された。前記方法の詳細は特開平７-１８３５４０号公報に記載されている。ここで、前記方法を簡単に説明する。まず、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加する。添加の方法は、プラズマ処理法や蒸着法、イオン注入法、スパッタ法、溶液塗布法等を利用すればよい。前記添加の後、例えば５５０℃の窒素雰囲気に４時間、非晶質半導体膜を置くと、電気的特性の良好な多結晶半導体膜が得られる。結晶化に最適な加熱温度や加熱時間等は、前記元素の添加量や、非晶質半導体膜の状態による。
【０００８】
以上、加熱による非晶質半導体膜の結晶化の方法の例を記した。一方、レーザアニールによる結晶化は、基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用いることが出来る。
【０００９】
レーザアニールに用いられるレーザの種類はエキシマレーザ、Ａｒレーザ等が挙げられる。出力の大きい、パルス発振のレーザビームを被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるように光学系にて加工し、レーザビームを走査させて(あるいはレーザビームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)、レーザアニールを行う方法が、生産性が高く工業的に優れているため、好んで使用されている。
【００１０】
特に、被照射面においてレーザビームの形状が線状であるレーザビーム（以下線状ビームと表記する）を用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた場合とは異なり、線状ビームの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射することができるため、生産性が高い。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向であるからである。この高い生産性により、現在レーザアニールにはパルス発振のエキシマレーザを適当な光学系で加工した線状ビームを使用することが主流になりつつある。
【００１１】
また、非晶質半導体膜に対し、加熱による結晶化を行った後にレーザアニールによる結晶化を行う方法もある。この方法を行うと、加熱またはレーザアニールのどちらかだけで結晶化を行う場合より半導体膜としての電気的特性が向上する場合がある。高い電気的特性を得るためには、加熱条件とレーザアニール条件を最適化する必要がある。前記方法を用いて得られた多結晶半導体膜を使い、例えば公知の方法で薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製すると前記ＴＦＴの電気的特性が大きく向上する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
より高い電気的特性を持つ半導体膜を得るために、例えば、非晶質半導体膜に対し、加熱による結晶化を行った後に、更にレーザアニールを行う方法がある。前記方法を用いると、加熱またはレーザアニールのどちらか一方だけで結晶化を行う場合より、半導体膜としても電気的特性を向上させることが出来る。高い電気的特性を得るためには、加熱条件とレーザアニール条件を最適化する必要がある。前記方法を用いて得られた多結晶半導体膜を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性層とすれば、ＴＦＴの電気的特性は大きく向上するが、同時に電気的特性のばらつきが顕著になる場合もあった。前記電気的特性のばらつきは、例えば、前記方法で得られた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使ってアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製すると、表示むら等の不良原因となった。本発明は、前記ばらつきが抑えられた高品質のＴＦＴを作製することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきの原因が非晶質半導体膜の結晶化の工程にあると考えた。前述したとおり、高い電気的特性をもつＴＦＴを得るためには、例えば、前記結晶化の工程において、非晶質半導体膜を加熱し、さらにレーザアニールする段階を経る必要がある。これらの加熱の工程と、レーザアニールの工程とを最適化すれば、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきが抑えられる可能性がある。
【００１４】
まず、加熱の工程に着目し、前記工程の最適化を行う。前記最適化の実験を行うにあたり、非晶質半導体膜には、非晶質珪素膜を用いた。前記非晶質珪素膜に加熱処理を行った後、加熱条件によっては結晶化部分と非晶質部分の混在した多結晶珪素膜が得られる。前記混在した状態を詳しく解析するために、次のような実験を行った。
【００１５】
まず、非晶質珪素膜に加熱処理を行う際の加熱時間を振った実験について述べる。５インチ角のガラス基板（一辺５インチの正方形のガラス基板を指す。）上にプラズマＣＶＤ装置により窒化酸化珪素膜１００ｎｍ、非晶質珪素膜５５ｎｍ成膜する。なお、本明細書中において、窒化酸化珪素膜とはＳｉＯxＮyで表される絶縁膜であり、珪素、酸素、窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。次に、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用し、酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積５ｍｌ）を前記非晶質珪素膜表面にスピンコート法にて塗布した。続いて、温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲気で４時間、または８時間、または１２時間加熱し、多結晶珪素膜を形成した。前記多結晶珪素膜を光学顕微鏡の明視野透過モード５００倍で観察したものを図１に示す。図１（ａ）には５５０℃で４時間加熱し得られた多結晶珪素膜を、図１（ｂ）には５５０℃で８時間加熱し得られた多結晶珪素膜を、図１（Ｃ）には５５０℃で１２時間加熱し得られた多結晶珪素膜をそれぞれ示す。
【００１６】
これらの条件での加熱による結晶化では、結晶化領域（図５（ｂ）５００１；白い領域）と非晶質領域（図５（ｂ）５００２；黒い領域）とが混在している。ここで、結晶化領域と非晶質領域は、図１および図５（ｂ）を比較すると、加熱時間が長くなるにつれて黒い領域が減少することが予想できる。そのため、図５（ｂ）において白い領域５００１を結晶化領域、黒い領域５００２を非晶質領域と断定した。本明細書中では、外周を多結晶の領域で囲まれている非晶質部分を非晶質領域と呼称する。すなわち、図５（ｂ）の黒い領域５００２は、非晶質領域の１つである。図５（ｂ）に見られるような非晶質領域を無数に有する多結晶珪素膜をより詳細に解析するため、非晶質領域の各々の面積を画像処理により解析した。
【００１７】
ここで、画像処理の方法について説明する。光学顕微鏡の明視野透過モードでデジタルカメラにより撮影した写真を図２（ａ）に示す。非晶質領域と結晶化領域に分離するため、前記写真に対して画像処理を行い２階調化する。前記写真を直接２階調化する方法もあるが、写真の中央の明るさと、写真の端の明るさの違いの影響までが強く現れてしまうことがある。このような明暗の影響を抑えるために、前記写真をＲＧＢ（赤、緑、青）やＣＭＹＫ（シアン、マゼンダ、黄、黒）
などに分離してから２階調化する方が良い。前記写真ではＲＧＢで分離する方法を用いると、画像処理を容易に行うことが出来た。今回の実験では、ＲＧＢで分離したが、解析する対象によってはＣＭＹＫ等で分離してもよい。
【００１８】
図２（ａ）をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つに分離したものをそれぞれ、図２（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分離した各々の写真に基づく階調（濃度）ヒストグラムを図４に示す。図４によると、Ｒ（赤）とＢ（青）とＧ（緑）に分離する前はピークが２つ現れている。しかしながら、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つに分離すると、Ｒ（赤）とＢ（青）ではピークが1つしか現れていないが、Ｇ（緑）ではピークが２つ現れていることから、Ｇ（緑）のみ非晶質の部分と結晶化の部分の分離が出来ていることがわかる。そこでＧ（緑）画像を非晶質の部分と結晶の部分とに分離するために２階調化した画像を図５（ａ）に示す。２階調に分けるラインは、図４においてＧ（緑）の２つのピークの間にある極小値のところに設けた。
【００１９】
そこでＧ（緑）画像を図４で示した２つのピークの間に存在する極小値で分離して２階調化し、非晶質領域と結晶化領域に分離したものを図５（ａ）に示す。
図５（ａ）における非晶質領域の面積を画像処理ソフト（NIH-Image）を用いて計算した。加熱時間と、珪素膜の総面積に対する加熱処理後の前記非晶質領域の総面積の割合との関係を表したのが図６（ａ）である。図６（ａ）より、加熱時間が長い程、非晶質領域の総面積の割合が低くなっている。
【００２０】
また、図５（ａ）に於ける各々の非晶質領域の面積を画像処理ソフト（NIH-Image）を用いて計算し、図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）は確率統計分布図であり、横軸は非晶質領域の各々の面積を示し、縦軸は確率を示している。図６（ｂ）
中、○印は、図１（ａ）に示した多結晶珪素膜中に含まれる非晶質領域の各々の面積を確率統計分布図に表したものであり、△印が、図１（ｂ）に示したものを同様に表したものであり、また、×印が、図１（ｃ）に示したものを同様に表したものである。図６（ｂ）より、４時間加熱したものには１０μｍ2以上の非晶質領域が存在しているが、８時間加熱したものと１２時間加熱したものには存在していない。更に、４時間加熱したものは他の場合に比べて前記非晶質領域の面積のばらつきも大きい。
【００２１】
そして、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（Ｃ）で示した多結晶珪素膜に対してそれぞれレーザアニールを行う。前記多結晶珪素膜を基に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製してｎチャネルの電気的特性を測定した。その結果を図７の確率統計分布図に示す。図７中の○印、△印、×印は、図６（ｂ）中に示した記号に対応する。すなわち、○印は、温度５５０℃で４時間加熱し得られた多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性を、△印は、温度５５０℃で８時間加熱し得られた多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性を、×印は、温度５５０℃で１２時間加熱し得られた多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性を示す。図７（ａ）はＶｔｈの確率統計分布を示し、図７（ｂ）はＳ値の確率統計分布を示し、図７（ｃ）は移動度の確率統計分布を示している。４時間加熱して得られた多結晶珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、その電気的特性は、８時間加熱したものや１２時間加熱したものと比較して大きなばらつきを生じている。つまり、図６（ａ）および図７から、珪素膜の全面積に対する非晶質領域の総面積の割合が最も高いと、電気的特性でばらつきが生じることがわかる。また、図６（ｂ）および図７から、非晶質領域の面積の比較的大きなものがあると、電気的特性でばらつきが生じることがわかる。
【００２２】
次に他の実験に関して述べる。上述の実験では、酢酸ニッケル水溶液の重量換算の濃度を５ｐｐｍとしたが、本実験では１０ｐｐｍのものを使用する。また、本実験では、加熱時間を振るのではなく、加熱温度を振って、得られる多結晶珪素膜における非晶質領域の面積の確率統計分布や、ＴＦＴの電気的特性との相関がどうなるかを調べた。
【００２３】
まず、５インチ角のガラス基板上にプラズマＣＶＤ装置により窒化酸化珪素膜１００ｎｍ、非晶質珪素膜５５ｎｍ成膜した後、酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度１０ｐｐｍ、体積５ｍｌ）をスピンコート法にて表面に塗布した。続いて、温度５００℃の窒素雰囲気で１時間加熱し、更に、連続的に温度５５０℃、または、温度５７５℃、または、温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱し、多結晶珪素膜を形成した。前記多結晶珪素膜を光学顕微鏡の明視野透過モードで５００倍で観察したものを図８に示す。図８（ａ）には５５０℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写真を、図８（ｂ）には５７５℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写真を、図８（ｃ）には６００℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写真をそれぞれ示す。
【００２４】
図８（ａ）〜（ｃ）に、図２（ａ）に行ったものと同様の画像処理を行い、多結晶珪素膜を非晶質領域と結晶化領域に分離した。加熱温度と、珪素膜全面積に対する前記非晶質領域の総面積の割合との関係を図９に示す。図９（ａ）より、加熱温度が高くなる程、非晶質領域は観察されなくなることが分かる。特に、６００℃で加熱し得られた多結晶珪素膜においては、光学顕微鏡（５００倍、明視野透過モード）での観察で、非晶質領域はほとんど見られなかった。
【００２５】
また、前記画像処理により分離した非晶質領域の各々の面積を確率統計分布図にしたものを図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）中の○は加熱温度５５０℃、△は５７５℃、×は６００℃で処理したものの確率統計分布を示している。図９（ｂ）より、５５０℃で加熱したものと５７５℃で加熱したものには０．３μｍ2以上の非晶質領域が存在しているが、６００℃で加熱したものには０．３μｍ2以上の非晶質領域は存在していない。
【００２６】
それぞれの加熱温度で得られた多結晶珪素膜に対してレーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行なう。前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製してｎチャネル型ＴＦＴの電気的特性を測定したものを図１０、１１に示す。図１０ （ａ）
〜（ｄ）は温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度５５０℃の窒素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の分布を示した。図１０（ｅ）〜（ｈ）は温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度５７５℃の窒素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の分布を示した。図１１（ａ）〜（ｄ）は温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の分布を示した。
図１０（ａ）、図１０（ｅ）、図１１（ａ）はレーザのエネルギー密度に対するＶｔｈを示し、図１０（ｂ）、図１０(f)、図１１(b)はレーザのエネルギー密度に対するＳ値を示し、図１０（ｃ）、図１０（ｇ）、図１１（ｃ）はレーザのエネルギー密度に対するＳｈｉｆｔを示し、図１０（ｄ）、図１０（ｈ）、図１１（ｄ）はレーザのエネルギー密度に対する移動度を示している。ここでＳｈｉｆｔとは、ドレイン電流の立ち上がるときのゲート電圧値のこととする。
【００２７】
図１０、１１を比較すると、温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱して得られた多結晶珪素膜を基に作製されたＴＦＴの電気的特性がレーザのエネルギー変動に対して最も敏感に影響を受けていることが分かる。つまり、図９、１１より、加熱処理後の多結晶珪素膜中に非晶質領域がほとんどないと、レーザのエネルギー変動によって電気的特性が大きく変動する。このように、図９で示した加熱温度６００℃で得られた多結晶珪素膜に非晶質領域がほとんどないことと、図１０、図１１に示したレーザのエネルギー条件によってＴＦＴの電気的特性が比較的大きく変動することとで相関が取れていることがわかる。
【００２８】
以上に述べたように、非晶質珪素膜に対する加熱処理後、結晶化しなかった非晶質領域の総面積とＴＦＴの電気的特性に相関があることが分かる。また、結晶化しなかった非晶質領域の各々の面積とＴＦＴの電気的特性に相関があることが分かる。本発明は課題を解決するために、以下の手段を用いて、結晶質珪素膜を得る。非晶質珪素膜上に前記非晶質珪素膜の結晶化あるいは結晶性の向上を助長する金属元素を導入し、前記非晶質珪素膜に加熱処理を行い、結晶化させる。
【００２９】
具体的には、プラズマ処理や蒸着、スパッタ法、イオン注入、溶液塗布等を利用して前記非晶質珪素膜上に微量な元素（結晶化を助長する金属元素）を導入し、加熱処理を行って前記非晶質珪素膜を結晶化させる。特に本発明では前記加熱処理に於いて、前記非晶質珪素膜全面を結晶化させるのではなく、１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、１．０〜８．０％、好ましくは１．０〜６．０％となる多結晶珪素膜を作製することが重要である。すなわち、１つのＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９％、好ましくは、９４〜９９％が結晶化している多結晶珪素膜を作製することが重要である。このことは、電気的特性の向上のために極めて重要である。但し、前記ＴＦＴの活性層となる領域は、前記金属元素を導入した領域からその周辺へと結晶成長が行われた領域内に作製されるものとする。
【００３０】
前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が活性層となる領域の面積に対し、１．０〜８．０％、好ましくは１．０〜６．０％であることが望ましいとした根拠について説明する。まず、下限値を１．０％としたことについて説明する。温度５７５℃の窒素雰囲気で４時間加熱した後の非晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積の１．７５％であり、温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱した後の非晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積に対して０．００％であった。
【００３１】
また、図１１より、温度６００℃で加熱処理した多結晶珪素膜をレーザアニールし、前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製したときの電気的特性はレーザアニール時のレーザのエネルギー変動に大きく影響を受けている。現存するレーザアニールに適したレーザ発振器は、レーザのエネルギー変動が大きく、作製する半導体装置によっては歩留まりの低下の原因となっている。よって、レーザのエネルギー変動に対し、ＴＦＴの電気的特性が敏感に変動する珪素膜は、特に量産に適さない。
【００３２】
そのため、加熱処理後の非晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積の１．０％以上が必要である。さらに、局所的に前記多結晶珪素膜の表面観察を行っても、観察領域に対し非晶質領域の総面積が１．０％以上となるのが望ましい。そこで、最小観察領域を１つのＴＦＴの活性層となる領域をとし、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積は前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対して１．０％以上とするとした。
【００３３】
次に、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、上限値を８．０％、好ましくは６．０％としたことについて説明する。温度５５０℃の窒素雰囲気で４時間加熱処理した後の非晶質領域の面積は多結晶珪素膜の全面積の９．２５％であり、温度５５０℃の窒素雰囲気で８時間加熱処理した後の非晶質領域の面積は多結晶珪素膜の全面積の５．６３％であった。図７より、４時間加熱処理した多結晶珪素膜にレーザアニールを行い、前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製したときの電気的特性はばらつきが大きくなることから、上限を８．０％、好ましくは６．０％とした。ここでも、下限値を決定した場合と同様の理由で、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積を対象とする。
【００３４】
また、多結晶珪素膜の有する非晶質領域の面積が１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積が０．３０μｍ2以上である前記多結晶珪素膜にレーザアニールし、これを基にＴＦＴを作製すると、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきが本実験において最小になった。これを本発明の特徴の１つとする。
【００３５】
前記非晶質領域の面積の上限を１０．０μｍ2としたのは、図７で示したように、１０．０μｍ2以上の非晶質領域を有する多結晶珪素膜をレーザアニールし、これを基にＴＦＴを作製した場合の、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきが非常に大きくなっているためである。前記非晶質領域の少なくとも１つの面積が０．３０μｍ2以上であることを本発明の特徴とした理由は、図１０、図１１で示したように、加熱処理後に０．３０μｍ2以上の面積の非晶質領域が全くなくなった多結晶珪素膜にレーザアニールを行った場合、レーザのエネルギー変動によってＴＦＴの電気的特性が大きく変化するからである。現存するレーザアニールに適したレーザ発振器は、レーザのエネルギー変動が大きく、作製する半導体装置によっては歩留まりの低下の原因となっている。よって、レーザのエネルギー変動に対し、ＴＦＴの電気的特性が敏感に変動する工程は、特に量産に適さない。
【００３６】
上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜を基に、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、光センサ等があるが、いずれも前記非晶質珪素膜を基に作製出来る。
【００３７】
上記では、非晶質珪素膜を加熱により結晶化する方法を最適化した。次に、加熱により結晶化した多結晶珪素膜をレーザアニールする方法を最適化する。図１２に多結晶珪素膜と非晶質珪素膜の吸収係数の波長依存性を示す。非単結晶珪素膜のレーザアニールによく用いられるエキシマレーザの波長域（３５１ｎｍ以下）
では、多結晶珪素膜と非晶質珪素膜とは、互いに高い吸収係数を有する。これが多結晶珪素膜や非晶質珪素膜のレーザアニールにエキシマレーザがよく用いられる理由である。
【００３８】
前記金属元素を添加した加熱処理のみで得られた多結晶珪素膜を使ってＴＦＴを作製した場合は、前記金属元素を添加した加熱処理後にさらにレーザアニール処理をした多結晶珪素膜を使ってＴＦＴを作製した場合と比較して、高い電気的特性をもつＴＦＴが得られない。たとえば、本明細書に記載した実験にて６００℃の加熱温度で得られた多結晶珪素膜には、外見上ほとんど非晶質領域が残っていなかったが、これを基にＴＦＴを作製しても、高い電気的特性のものが得られていない。以上のことから、６００℃以下の低い温度での１２時間以下の加熱処理のみでは、たとえ本明細書に記載した結晶化を助長する金属元素を使い、見かけ上ほとんど結晶化したとしても微少な非晶質部分が残っており、それが原因で高い電気的特性が出ないと推測できる。
【００３９】
図３５（ａ）に、厚さ５５ｎｍの非晶質珪素膜に重量換算で濃度１０ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液をスピンコート法にて添加し、５５０℃の窒素雰囲気にて４時間加熱したもののＳＥＭ写真を示す。図３５（ｂ）には図３５（ａ）で示した珪素膜に、さらに波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザをエネルギー密度４００ｍＪ/ｃｍ2にて照射し、レーザアニールしたもののＳＥＭ写真を示す。前記４００ｍＪ/ｃｍ2の条件は最も高い電気的特性をもつＴＦＴを得るために最適化している。図３５の写真では、表面の状態が判りにくいので、適当な画像処理により表面状態を強調したものを図３６に示す。図３５（ａ）、（ｂ）の写真は、それぞれ図３６（ａ）、（ｂ）に対応している。
【００４０】
図３６をみて判るように、加熱処理のみを行い得られた多結晶珪素膜の表面には、不定形の連続的な結晶化領域中に非晶質領域（図中、島状に見える領域）が点在する様子が見られる。一方、加熱処理に加えレーザアニールを行い得られた多結晶珪素膜の表面には、深い溝のようなものに囲まれた粒が多数見られた。前記深い溝は、多結晶珪素膜に含まれる単結晶の粒の境界である。前記境界においては、単結晶が不連続に互いに接しており、これがＴＦＴの電気的特性を低下させる要因となっている。一方、加熱処理のみを行い得られた多結晶珪素膜表面には目立った境界は見られず、結晶化領域が連続的につながっており、隙間を埋めるように非晶質領域が点在する状態となっている。このような状態をもつ非単結晶珪素膜は、単結晶の粒同士の境界がはっきりしないので単結晶が多数存在する状態とは異なるが、便宜上、本明細書中では、多結晶珪素膜と称するとする。
【００４１】
前述した通り、非晶質珪素膜の加熱処理のみでは、十分に高い電気的特性の多結晶珪素膜は得られなかった。その理由として、加熱処理のみでは、得られる多結晶珪素膜中の非晶質領域を完全に消すことができないことがあげられる。加熱処理の後にレーザアニールを行い得られる多結晶珪素膜の電気的特性が高いのは、加熱処理の後に残った前記非晶質領域をレーザアニールにより結晶化しているからである。
【００４２】
しかしながら、加熱処理により得られた多結晶珪素膜に、従来よく用いられるエキシマレーザを使ってレーザアニールすると、レーザビームが加熱処理により結晶化した部分にまで十分に吸収されるので、加熱処理による結晶化の履歴がほとんど消えてしまった。すなわち、加熱処理により得られた多結晶珪素膜は、エキシマレーザによるレーザアニールによりほぼ完全に溶融して、しかる後に結晶化した。これによって、加熱処理により形成されていた単結晶の粒同士の境界がはっきりしない多結晶珪素膜の形状が完全に消失した。
【００４３】
前述したように、多結晶珪素膜中の単結晶の粒同士の境界がはっきりしないものを用いた方が、高い電気的特性をもつＴＦＴを得られる可能性が高い。よって、前記加熱処理によって得られた結晶化領域が連続的につながっている多結晶珪素膜に含まれる非晶質領域のみにエネルギーを与えることができれば、前記加熱処理でできた連続的につながっている結晶化領域の形状を崩さずに前記非晶質領域のみを結晶化させることができる。
【００４４】
本発明者は、多結晶珪素と非晶質珪素の吸収係数の波長依存性に着目し、多結晶珪素膜に含まれる非晶質領域に主にエネルギーを与える方法を考案した。すなわち、結晶化領域と比較して、非晶質領域により多くのエネルギーが与えられる波長の領域をもつレーザビームを、レーザアニールの手段に用いれば、非晶質領域のみを主にレーザアニールすることが可能となる。このようなことを可能にするレーザビームの波長域は、図１２から判るように、３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６００ｎｍの範囲にある。前記範囲は、レーザビームの照射対象が、非晶質領域を有する多結晶珪素膜である場合にのみ有効な範囲である。よって、照射対象となる半導体膜が異なれば、前記範囲は新たに設定しなければならない。本発明は、珪素膜のみでなく他の半導体膜に対しても応用できることは容易に推測できる。
【００４５】
非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を用いる場合、加熱処理により生じる多結晶珪素膜の有する連続的な結晶化領域の構造を残したまま、レーザアニールを行うためには、用いるレーザビームの波長を３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６００ｎｍの範囲とすることが必須である。
【００４６】
上記の波長範囲にあるレーザビームには、ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調波、Ａｒレーザ、ＹＬＦレーザの第２高調波、ＹＶＯ4レーザの第２高調波等がある。そのうち特に大出力のレーザビームが得られるものは、ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調波等がある。
【００４７】
上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜を用いて、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、光センサ等があるが、いずれも前記多結晶珪素膜を基に作製出来る。
【００４８】
本明細書で開示する本発明の作製方法の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、 前記第１の多結晶半導体膜のＴＦＴの活性層となる領域は、９２〜９９％が結晶化していることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００４９】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９２〜９９％が結晶化し、前記第２の多結晶半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５０】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、 前記第１の多結晶半導体膜のＴＦＴの活性層となる領域は、９４〜９９％が結晶化していることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５１】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、 前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９４〜９９％が結晶化し、前記第２の多結晶半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５２】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法の作製方法である。
【００５３】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５４】
上記の発明において、前記波長は４００〜６００nmであると、非晶質珪素膜と多結晶珪素膜との吸収係数の差がより大きくなるので好ましい。
【００５５】
上記発明において、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００５６】
上記発明において、前記金属元素は、８族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ族、５Ｂ族元素から選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００５７】
上記発明において、前記レーザビームは、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかであると所望の波長のレーザビームが得られる。
【００５８】
上記発明において、前記レーザビームは、ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調波、ＹＶＯ4レーザの第２高調波、ＹＬＦレーザの第２高調波のいずれかであると所望の波長のレーザビームが得られる。
【００５９】
上記発明において、前記半導体装置は、液晶表示装置、または発光装置とすることができる。
【００６０】
上記発明において、前記半導体装置は、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレイヤー、電子書籍、または携帯型情報端末とすることができる。
【００６１】
本発明の構成を以下に示す。
【００６２】
本明細書に開示する本発明の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、 加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９％を結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成させ、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６３】
本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、 加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６４】
本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域における非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６５】
本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域における非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６６】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜であることを特徴とする半導体装置である。
絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作製方法は、実施例にて詳しく記載した。
【００６７】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、 加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜であることを特徴とする半導体装置である。
【００６８】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む化合物を添加し、加熱処理を行い部分的に結晶化させ得られる第一の多結晶半導体膜に、レーザビームを照射し得られる第二の多結晶半導体膜であり、前記第一の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であり、前記レーザビームの波長は、３６０〜６５０ｎｍであることを特徴とする半導体装置である。絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作製方法は、実施例にて詳しく記載した。
【００６９】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む化合物を添加し、加熱処理を行い部分的に結晶化させ得られる第一の多結晶半導体膜に、レーザビームを照射し得られる第二の多結晶珪素膜であり、前記第一の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であり、前記レーザビームの波長は、４００〜６００ｎｍであることを特徴とする半導体装置である。絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作製方法は、実施例にて詳しく記載した。
【００７０】
上記発明において、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００７１】
上記発明において、前記金属元素は、８族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ族、５Ｂ族元素から選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００７２】
上記発明において、前記半導体装置は、液晶表示装置、または発光装置とすることができる。
【００７３】
上記発明において、前記半導体装置は、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレイヤー、電子書籍、または携帯型情報端末とすることができる。
【発明の効果】
【００７４】
非晶質半導体膜に加熱により結晶化あるいは結晶性の向上を行うとき、加熱処理により部分的に結晶化させ得られる非晶質領域の任意の一塊の面積が１０．０μｍ2以下であり、かつ０．３０μｍ2以上の前記一塊が存在する状態とすることで、ＴＦＴの電気的特性の向上とばらつきの制御が可能になった。また、非晶質領域の総面積は半導体膜の総面積に対して、２．０〜８．０％、好ましくは２．０〜６．０％にするのが望ましい。
【００７５】
また、非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を用いる場合、非晶質珪素膜に結晶化あるいは結晶性向上のための加熱処理を行った後、レーザアニールを施す際の波長を３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６００ｎｍに限定すると、非晶質珪素膜の吸収係数は多結晶珪素膜の吸収係数より高いので、出来るだけ結晶化した領域を冒すことなく、結晶化を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時間行った写真。 （ｂ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で８時間行った写真。 （ｃ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で１２時間行った写真。
【図２】（ａ）光学顕微鏡にて明視野透過モードで表面を観察した写真。 （ｂ）図 ２（ａ）のＲ（赤）に分離した写真。
【図３】（ａ）図 ２（ａ）のＧ（緑）に分離した写真。 （ｂ）図 ２（ａ）のＢ（青）に分離した写真。
【図４】図２（ａ）の各モードの階調（濃度）ヒストグラム。
【図５】（ａ）図 ３（ａ）を２階調化した写真。 （ｂ）非晶質領域と結晶化領域を説明した図。
【図６】（ａ）図１の非晶質部分の各塊の面積の比率。 （ｂ）図１の非晶質領域の確率統計分布図。
【図７】（ａ）加熱処理時間を振った場合のＶｔｈの確率統計分布図。 （ｂ）加熱処理時間を振った場合のＳ値の確率統計分布図。 （ｃ）加熱処理時間を振った場合の移動度の確率統計分布図。
【図８】（ａ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時間行った写真。 （ｂ）非晶質珪素膜に加熱処理５７５℃で４時間行った写真。 （ｃ）非晶質珪素膜に加熱処理６００℃で４時間行った写真。
【図９】（ａ）図８の非晶質部分の各塊の面積の比率。 （ｂ）図８の非晶質領域の確率統計分布図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行ったときの電気的特性の分布図。 （ｅ）〜（ｈ）非晶質珪素膜に加熱処理５７５℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行ったときの電気的特性の分布図。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）非晶質珪素膜に加熱処理６００℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行ったときの電気的特性の分布図。
【図１２】非晶質珪素膜と多結晶珪素膜の波長に対する吸収係数の変化を示す図。
【図１３】線状ビームを形成する光学系の一例。
【図１４】ガルバノメータとf-θ レンズを用いた光学系の一例。
【図１５】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１６】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１７】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１８】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１９】駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す上面図。
【図２０】駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す断面図。
【図２１】駆動回路のＴＦＴの構成を示す断面図。
【図２２】画素ＴＦＴの構成を示す断面図。
【図２３】画素部の画素を示す上面図。
【図２４】アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図２５】液晶表示装置の入出力端子、配線、回路配置、スペーサ、シール剤の配置を説明する上面図。
【図２６】液晶表示装置の構造を示す斜視図。
【図２７】アクティブマトリクス型表示装置の回路構成を説明するブロック図。
【図２８】発光装置の構造を示す上面図及び断面図。
【図２９】発光装置の画素部の断面図。
【図３０】発光装置の画素部の上面図と回路図。
【図３１】発光装置の画素部の回路図の例。
【図３２】半導体装置の例を示す図。
【図３３】半導体装置の例を示す図。
【図３４】半導体装置の例を示す図。
【図３５】多結晶珪素膜の表面のSEM写真を示す図。
【図３６】多結晶珪素膜の表面のSEM写真を画像処理し、表面の模様を強調した図。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
非晶質珪素膜を加熱処理により部分的に結晶化させ、１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を作製する方法について説明する。まず基板として、厚さ０．７ｍｍ、５インチ角のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマＣＶＤ装置を用いて、厚さ２００ｎｍの窒化酸化珪素膜を成膜し、窒化酸化珪素膜表面に厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。
前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を重量換算で１０ｐｐｍ含有させた溶液（体積５ｍｌ）を塗布し、基板を温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲気で4時間の加熱を行った。
【００７８】
前記加熱処理により１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積は前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得た。また、前記非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である。上記の結晶化の諸条件は所望の多結晶珪素膜を得るための目安である。
実施者は本発明が示す範囲に非晶質領域の面積が入るように諸条件を最適化しなければならない。
【００７９】
次に、例えば図１３に示す光学系を用いてレーザ発振器から出たレーザビームを線状ビームに加工してレーザアニールを行う。光学系の詳細は実施例１にて示す。また、出力の比較的小さなレーザ発振器を使う場合は、例えば長さ１０．０ｃｍ以上の線状ビームに加工するにはエネルギー密度が十分でないため、照射対象を配置する面にてレーザビームを十分に集光して、基板全面を網羅するようにして照射する。前記照射方法として、例えばガルバノメータとf-θレンズを用いて照射する方法がある。出力の比較的小さなレーザ発振器が出すレーザビームの例に、ＹＶＯ4レーザ（第２高調波）、ＹＬＦレーザ（第２高調波）、Ａｒレーザ等が挙げられる。その後、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。
【００８０】
また、出力の小さなレーザ発振器を使う場合は、例えば長さ１０．０ｃｍの線状ビームに加工するにはエネルギー密度が十分でないため、基板全面を点光源で網羅するようにして照射する。その手段として、例えばガルバノメータを用いて照射する方法がある。前記方法の光学系の一例を図１４に示す。前記光学系を用いる際の現時点で代表的なレーザ発振器としてはＡｒレーザ等が挙げられる。その他、出力の比較的小さなレーザ発振器が出すレーザビームの例に、ＹＶＯ4レーザ（第２高調波）、ＹＬＦレーザ（第２高調波）等がある。
【００８１】
以上のような方法で非晶質領域を有する多結晶珪素膜にレーザアニールを行う。
前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製すると、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきは少なくなる。
【００８２】
本実施形態では、非晶質半導体膜の例として非晶質珪素膜を用いた場合を記述したが、非晶質珪素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本発明の本質に何ら影響しない。
【実施例１】
【００８３】
本実施例は本発明のレーザアニール工程において、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いてレーザアニールを行う場合について説明する。
【００８４】
基板として、厚さ０．７ｍｍ、５インチ角のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマＣＶＤ装置を用いて、厚さ２００ｎｍの窒化酸化珪素膜を成膜し、窒化酸化珪素膜表面に厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を含有させた溶液を塗布する。前記溶液として、例えば酢酸ニッケル溶液を用いる場合、前記酢酸ニッケル溶液（重量換算濃度１０ｐｐｍ、体積５ｍｌ）をスピンコートにより膜上全面に塗布する。
【００８５】
次に、基板に対し、温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲気に４時間の加熱を行った。前記加熱処理により部分的に結晶化させ１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得る。また、前記非晶質領域の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である。上記の結晶化の諸条件は所望の多結晶珪素膜を得るための目安である。実施者は本発明が示す範囲に非晶質領域の総面積が入るように諸条件を最適化しなければならない。
【００８６】
前記多結晶珪素膜中に残留する微小な非晶質領域を結晶化させるため、前記多結晶珪素膜に対し、ＹＡＧレーザの第2高調波（波長５３２ｎｍ）を照射する。図１２に示すように、ＹＡＧレーザの第２高調波においては、非晶質珪素の吸収係数の方が多結晶珪素のそれより十分高いため、前記加熱処理によって得られた多結晶珪素膜に含まれる非晶質領域のみにエネルギーを与えることができる。すなわち、前記加熱処理でできた連続的につながっている結晶化領域の形状を崩さずに前記非晶質領域を結晶化することができる。
【００８７】
本実施例では、ＹＡＧレーザの第２高調波を、被照射面において線状に加工したレーザビームを使い、前記多結晶珪素膜をレーザアニールする例を示す。被照射面において線状にレーザビームを加工するための光学系は、図１３にて示したものとする。
【００８８】
高い透過率、高い耐レーザ性を得るためには、上記光学系の母材は例えばすべて石英とするとよい。また、コーティングは、使用するレーザビームの波長（本実施例の場合は５３２ｎｍである。）に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するとよい。
【００８９】
図１３は被照射面に於いてレーザビームの形状を線状に加工するための光学系の構成の例である。この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光学系は図１３の構成に準じている。この構成は、被照射面に於けるレーザビームの形状を線状に変換するだけでなく、同時に、被照射面に於けるレーザビームのエネルギー均質化を果たすものである。
【００９０】
まず、図１３の側面図について説明する。レーザ発振器１００１から出たレーザビームは、シリンドリカルアレイレンズ１００２ａと１００２ｂにより、レーザビームの進行方向に対し直角方向に分割される。前記方向を本明細書中では、縦方向と呼ぶことにする。前記縦方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、４分割となっている。これらの分割されたレーザビームは、シリンドリカルアレイレンズ１００４により、いったん１つのレーザビームにまとめられる。ミラー１００７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ１００８により、被照射面１００９にて再び１つのレーザビームに集光される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを言う。これにより、線状ビームの幅方向のエネルギー均質化がなされ、幅方向の長さが決定される。
【００９１】
次に、図１３の上面図について説明する。レーザ発振器１００１から出たレーザビームは、シリンドリカルアレイレンズ１００３により、レーザビームの進行方向に対して直角方向で、かつ、縦方向に対して直角方向に分割される。該方向を本明細書中では、横方向と呼ぶことにする。前記横方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、７分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ１００５にて、レーザビームは被照射面１００９にて1つに合成される。これにより、線状ビームの長手方向のエネルギーの均質化がなされ、また前記線状ビームの長さが決定される。前記光学系を用いる際は、出力の大きいYAGレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）や、ガラスレーザの第２高調波（波長５３０nm）等を用いる。
【００９２】
上述で説明したように、シリンドリカルレンズアレイ１００２aとシリンドリカルレンズアレイ１００２ｂとシリンドリカルレンズアレイ１００３とがレーザビームを分割するレンズとなる。これらの分割数や、レーザ発振器から出るレーザビームのエネルギー分布により、被照射面にて得られるレーザビームの均一性が決まる。
【００９３】
線状のレーザビームをそのレーザビームの幅方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、例えば非単結晶珪素膜全面に対しレーザアニールを行って結晶化させたり、結晶性を向上させることができる。
【００９４】
レーザ発振器は、非線形光学素子により第２高調波を発生させたＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ、パルス幅７ｎｓ）を使用する。前記レーザ発振器はパルス発振のレーザビームを発し、１パルスあたり８００ｍＪのエネルギーを出す能力を持っている。レーザビームの形状は円状であり、レーザビームの出口でのサイズは直径９ｍｍ（半値幅）である。レーザビームの出口は、本明細書中ではレーザ発振器からレーザビームが出た直後における、レーザビームの進行方向に垂直な平面で定義する。
【００９５】
レーザビームの強度は、レーザビームの中央ほど強いガウシアンの分布を示す。
前記レーザビームのサイズは、図１３に示した光学系により、エネルギー分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状のレーザビームに変換される。
【００９６】
一般的に、非単結晶珪素膜に対し線状ビームを照射する場合、レーザビームのパルス間の重ね合わせのピッチは線状ビームの幅（半値幅における幅）の１／１０前後が最も適当である。これにより、より高い均一性で前記非単結晶珪素膜のレーザアニールを行うことができる。上記の例では、前記幅が０．４ｍｍであるので、レーザ発振器のパルス周波数を３０Ｈｚ、照射対象である非単結晶珪素膜を配置するステージの走査速度を１．０ｍｍ／ｓとし、レーザビームを照射する。
このとき、レーザビームの被照射面におけるエネルギー密度は５００ｍＪ／ｃｍ2とする。これまで述べた方法は線状ビームを使って半導体膜を結晶化するために用いられる極めて一般的なものである。
【００９７】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、Ｓ値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例２】
【００９８】
本実施例では、非晶質珪素膜に対し加熱処理を行った後、ＹＶＯ4レーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いてレーザアニールを行う場合の例について説明する。ＹＶＯ4レーザは、レーザビームの質が高いのが特徴で、レーザビームの質を表す１つの指標であるＭ2が１に非常に近い。しかしながら、現在、ＹＶＯ4レーザの第２高調波で得られるレーザビームのエネルギーは高くても１パルスあたり０.１ｍＪ程度であるため、ほとんど点光源に絞る必要がある。ＹＶＯ4レーザのレーザビームの質は非常に高いので、適当な凸レンズを用いて集光すれば、非常に小さな点光源とすることができる。ＹＶＯ4レーザの第２高調波はパルスレーザであり、２００００Hzの周波数で発振させることができる。
【００９９】
実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終えた多結晶珪素膜に対し、ＹＶＯ4レーザの第２高調波のレーザビームを照射し、レーザアニールする例を図１４に沿って説明する。
【０１００】
図１４において、レーザ発振器１４０１から出るレーザビームはビームエキスパンダ１４０２により、非晶質領域を結晶化するに足るエネルギー密度をもつレーザビームに変換される。ビームエキスパンダは一般にビームの大きさを大きくするものであるが、本実施例の場合、所望のエネルギー密度によっては、ビームを小さくする方向で用いてもよい。前記レーザビームは更にガルバノメータ１４０３、f-θシリンドリカルレンズ１４０４を経て基板１４０５に達している。ガルバノメータ１４０３が振動することにより、ガルバノメータのミラーの角度が時間変化し、基板上でのレーザビームの位置が１４０７で示した矢印の方向へ移動する。ガルバノメータが半周期振動すると、基板の幅の端から端までレーザビームが移動するように調整されている。このとき、基板上でのレーザビームの位置が移動しても、レーザビームのエネルギー密度が基板上で常に一定になるようにf-θシリンドリカルレンズ１４０４は調整されている。ガルバノメータが半周期振動すると、基板の幅の端から端までレーザビームが移動する。これにより、レーザビームの照射された部分がレーザアニールされる。レーザビームはパルス発振であるから、アニール位置が断続的にならないように、ガルバノメータの振動の速度を調整する。その後、ステージが１４０８で示した矢印の方向に移動して、再び基板上で１４０７で示した方向へのレーザビームの移動が始まる。これらの動作を繰り返させることにより、基板全面をレーザアニールすることができる。すなわち、ガルバノメータの回転による照射位置の移動とステージの移動とを繰り返すことで基板全面にレーザが照射される。
【０１０１】
図１２に示すように、ＹＶＯ4レーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）においては、非晶質珪素の方が多結晶珪素より吸収率が十分高いため、加熱処理によって得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うことが出来る。
【０１０２】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記TFTの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例３】
【０１０３】
本実施例では、非晶質珪素膜に対し加熱処理を行った後、ＹＬＦレーザの第２高調波（波長５２７ｎｍ）を用いてレーザアニールを行う場合の例について説明する。ＹＬＦレーザの第２高調波は、レーザビームの出口でのサイズを直径５ｍｍ程度にできる。よって、レーザビームの形状やエネルギー密度を調整することは、他の点光源に近いレーザビームと比較し、遙かに容易である。しかしながら、現在、ＹＬＦレーザの第2高調波で得られるレーザビームのエネルギーは高くても１パルスあたり２０ｍＪ程度であるため、被照射面にて直径２ｍｍ程度、もしくはそれ以下のサイズにレーザビームを絞り込まねば、非晶質領域を結晶化させるのに十分なエネルギー密度は得られない。また、現存するYLFレーザのパルス発振の周波数はｋＨｚオーダーまで達している。
【０１０４】
実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終えた多結晶珪素膜に対し、ＹＬＦレーザの第２高調波のレーザビームを照射する。照射の方法は、例えば、実施例２に示した方法に沿って行えばよい。ＹＬＦレーザの周波数は、例えば１ｋＨｚ程度であるので、その周波数に合わせガルバノメータの振動の速度を調整する必要がある。
【０１０５】
図１２に示すように、ＹＬＦレーザの第2高調波（波長５２７ｎｍ）においては、非晶質珪素の方が多結晶珪素より吸収率が高いため、加熱処理によって得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うことが出来る。
【０１０６】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例４】
【０１０７】
本実施例では、非晶質珪素膜に対し加熱処理を行った後、Ａｒレーザを用いてレーザアニールを行う場合の例について説明する。Ａｒレーザは、連続発光のものとパルス発振のものがあり、本実施例においては、連続発光のものを使う。パルス発振のＡｒレーザを用いても、本発明の本質にはなんら影響をもたらさない。
パルス発振ではなく連続発光のレーザを使う利点は、レーザビームを高速で移動させても、レーザアニールの均一性が失われないことにある。パルス発振のレーザビームにおいては、レーザビームをあまりに高速で移動させると、パルス間で隣り合うレーザビーム同士が分離する。これによりレーザアニールの均一性が失われる。現在、連続発光のＡｒレーザで得られるレーザビームのエネルギーは２０Ｗ程度であるため、被照射面にて直径数十μｍ程度のサイズにレーザビームを絞れば、非晶質領域を結晶化するに足るエネルギーが得られる。
【０１０８】
実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終えた多結晶珪素膜に対し、Ａｒレーザを照射する。照射の方法は、例えば、実施例２に示した方法に沿って行えばよい。本実施例にて使用するＡｒレーザは、連続発光であるから、照射対象である多結晶珪素膜のレーザアニールが十分に行えるように、ガルバノメータの振動の速度を調整する必要がある。ガルバノメータがある速度以上で振動した場合、多結晶珪素膜に与えられるレーザエネルギーが不十分となるからである。
【０１０９】
Ａｒレーザの強い発振波長は４８８．０ｎｍと５１４．５ｎｍであり、これらの波長においては、図１２に示すように非晶質珪素の方が多結晶珪素より吸収率が十分に高いため、加熱処理によって得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うことが出来る。
【０１１０】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記TFTの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、Ｓ値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例５】
【０１１１】
本実施例は非晶質珪素膜を結晶化させるときの加熱温度を575℃にした場合について説明する。
【０１１２】
実施例１と同様の方法でＳｉＯ2膜、非晶質珪素膜を成膜し、前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基板に対し、温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に連続的に温度５７５℃の窒素雰囲気に１時間の加熱を行う。これにより前記非晶質珪素膜は多結晶珪素膜に変化する。前記多結晶珪素膜は非晶質領域を含んでいる。
【０１１３】
前記加熱処理により部分的に結晶化させ１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得る。また、前記非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である。上記の結晶化の諸条件は所望の多結晶珪素膜を得るための目安である。実施者は本発明が示す範囲に非晶質領域の総面積が入るように諸条件を最適化しなければならない。
【０１１４】
この後、実施例１〜実施例４にて示したレーザアニールの方法により、前記非晶質領域を結晶化させる。これにより得られた多結晶珪素膜を基に、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好で、特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例６】
【０１１５】
本発明の実施例を図１５〜図１７に沿って説明する。ここでは、画素部の画素ＴＦＴおよび保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同時に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。
【０１１６】
図１５（Ａ）において、基板１０１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表される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などを用いる。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも１０〜２０℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。そして、基板１０１のＴＦＴを形成する表面に、基板１０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜１０２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜１０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂを５０〜２００nm（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。ここでは下地膜１０２を２層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させて形成しても良い。
【０１１７】
酸化窒化珪素膜は平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化珪素膜１０２ａは、ＳｉＨ4を１０SCCM、ＮＨ3を１００SCCM、Ｎ2Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとした。一方、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂは、ＳｉＨ4を５SCCM、Ｎ2Ｏを１２０SCCM、Ｈ2を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとした。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することができる。
【０１１８】
このようにして作製した酸化窒化珪素膜１０２ａは、密度が９．２８×１０22/cm3であり、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）の２０℃におけるエッチング速度が約６３nm/minと遅く、緻密で硬い膜である。このような膜を下地膜に用いると、この上に形成する半導体層にガラス基板からのアルカリ金属元素が拡散するのを防ぐのに有効である。
【０１１９】
次に、２５〜１００nm（好ましくは３０〜７０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体層１０３ａを、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの方法で形成する。
非晶質構造を有する半導体膜には、非晶質半導体層や微結晶半導体膜があり、非晶質珪素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。プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜を形成する場合には、下地膜１０２と非晶質半導体層１０３ａとは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化珪素膜１０２ａと酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2からＳｉＨ4とＨ2或いはＳｉＨ4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの電気的特性のバラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【０１２０】
そして、結晶化の工程を行い非晶質半導体層１０３ａから結晶質半導体層１０３ｂを作製する。その方法としてレーザアニール法や熱アニール法（固相成長法）、またはラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
前述のようなガラス基板や耐熱性の劣るプラスチック基板を用いる場合には、特にレーザアニール法を適用することが好ましい。ＲＴＡ法では、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどを光源に用いる。
或いは特開平７−１３０６５２号公報で開示された技術に従って、金属元素を用いる結晶化法で結晶質半導体層１０３ｂを形成することもできる。結晶化の工程ではまず、非晶質半導体層が含有する水素を放出させておくことが好ましく、４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い含有する水素量を前記非晶質半導体層に含まれる全原子数の５％以下にしてから結晶化させると膜表面の荒れを防ぐことができるので良い。
【０１２１】
また、プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜の形成工程において、反応ガスにＳｉＨ4とアルゴン（Ａｒ）を用い、成膜時の基板温度を４００〜４５０℃として形成すると、非晶質珪素層の含有水素濃度を前記非晶質半導体層に含まれる全原子数の５%以下にすることもできる。このような場合において水素を放出させるための熱処理は不要となる。
【０１２２】
結晶化をレーザアニール法にて行う場合には、エキシマレーザやYAGレーザ、アルゴンレーザ等をその光源とする。パルス発振型のエキシマレーザを用いる場合には、レーザ光を線状に加工してレーザアニールを行う。レーザアニール条件は実施者が適宣選択するものであるが、例えば、レーザーパルス発振周波数３０Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜５００mJ/cm2 (代表的には３００〜４００mJ/cm2)とする。そして線状ビームを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９８％として行う。このようにして図１５（Ｂ）に示すように結晶質半導体層１０３ｂを得ることができる。
【０１２３】
そして、結晶質半導体層１０３ｂ上に第１のフォトマスク（ＰＭ１）を用い、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストパターンを形成し、ドライエッチングによって結晶質半導体層を島状に分割し、図15（Ｃ）に示すように島状半導体層１０４〜１０８を形成する。結晶質珪素膜のドライエッチングにはＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いる。
【０１２４】
このような島状半導体層に対し、ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素を１×１０16〜５×１０17/cm3程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。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。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法（或いはイオンシャワードーピング法）を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ2Ｈ6）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特に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好適に用いる手法である。
【０１２５】
ゲート絶縁膜１０９a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。本実施例では、１２０nmの厚さで酸化窒化珪素膜から形成する。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この用途に対して好ましい材料となる。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＨ2とから作製する酸化窒化珪素膜はゲート絶縁膜との界面欠陥密度を低減できるので好ましい。勿論、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。例えば、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）
とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製された酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な電気的特性を得ることができる。
【０１２６】
そして、図15（Ｄ）に示すように、第１の形状のゲート絶縁膜１０９a上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層１１１を２００〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）の厚さで形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いし、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積層構造としても良い。本明細書でいう耐熱性導電層にはＴａ、Ｔｉ、Ｗから選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜が含まれる。これらの耐熱性導電層はスパッタ法やＣＶＤ法で形成されるものであり、低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良い。本実施例ではＷ膜を３００nmの厚さで形成する。Ｗ膜はＷをターゲットとしてスパッタ法で形成しても良いし、６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【０１２７】
一方、耐熱性導電層１１１にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、スパッタ時のガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きであった。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、Ｔａ膜の下地にＴａＮ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。また、図示しないが、耐熱性導電層１１１の下に２〜２０nm程度の厚さでリン（Ｐ）をドープした珪素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、耐熱性導電層１１１が微量に含有するアルカリ金属元素が第１の形状のゲート絶縁膜１０９aに拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、耐熱性導電層１１１は抵抗率を１０〜５０μΩcmの範囲ですることが好ましい。
【０１２８】
次に、第２のフォトマスク（ＰＭ２）を用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストによるマスク１１２〜１１７を形成する。そして、第１のエッチング処理を行う。本実施例ではＩＣＰエッチング装置を用い、エッチング用ガスにＣｌ2とＣＦ4を用い、１Paの圧力で３．２W/cm2のＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを形成して行う。基板側（試料ステージ）にも２２４mW/cm2のＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、これにより実質的に負の自己バイアス電圧が印加される。この条件でＷ膜のエッチング速度は約１００nm/minである。第１のエッチング処理はこのエッチング速度を基にＷ膜が丁度エッチングされる時間を推定し、それよりもエッチング時間を２０％増加させた時間をエッチング時間とした。
【０１２９】
第１のエッチング処理により第１のテーパー形状を有する導電層１１８〜１２３が形成される。テーパー部の角度は１５〜３０°が形成される。残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させるオーバーエッチングを施すものとする。Ｗ膜に対する酸化窒化珪素膜（第１の形状のゲート絶縁膜１０９a）の選択比は２〜４（代表的には３）であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化珪素膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされ第１のテーパー形状を有する導電層の端部近傍にテーパー形状が形成された第２の形状のゲート絶縁膜１０９bが形成される。
【０１３０】
そして、第１のドーピング処理を行い一導電型の不純物元素を島状半導体層に添加する。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程を行う。第１の形状の導電層を形成したマスク１１２〜１１７をそのまま残し、第１のテーパー形状を有する導電層１１８〜１２３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する。ｎ型を付与する不純物元素をゲート電極の端部におけるテーパー部とゲート絶縁膜とを通して、その下に位置する半導体層に達するように添加するためにドーズ量を１×１０13〜５×１０14/cm2とし、加速電圧を８０〜１６０ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いた。このようなイオンドープ法により第１の不純物領域１２４〜１２８には１×１０20〜１×１０21／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加され、テーパー部の下方に形成される第２の不純物領域（Ａ）には同領域内で必ずしも均一ではないが１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
【０１３１】
この工程において、第２の不純物領域（Ａ）１２５〜１３３において、少なくとも第１の形状の導電層１１８〜１２３と重なった部分に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度変化は、テーパー部の膜厚変化を反映する。即ち、第２の不純物領域（Ａ）１２５〜１３３へ添加されるリン（Ｐ）の濃度は、第１の形状の導電層に重なる領域において、該導電層の端部から内側に向かって徐々に濃度が低くなる。これはテーパー部の膜厚の差によって、半導体層に達するリン（Ｐ）
の濃度が変化するためである。
【０１３２】
次に、図１６（ｂ）に示すように第２のエッチング処理を行う。エッチング処理も同様にＩＣＰエッチング装置により行い、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2の混合ガスを用い、ＲＦ電力３．２Ｗ／ｃｍ2（１３．５６ＭＨｚ）、バイアス電力４５Ｗ／ｃｍ2 （１３．５６ＭＨｚ）、圧力１．０Ｐａでエッチングを行う。
この条件で形成される第２の形状を有する導電層１４０〜１４５が形成される。
その端部にはテーパー部が形成され、該端部から内側にむかって徐々に厚さが増加するテーパー形状となる。第１のエッチング処理と比較して基板側に印加するバイアス電力を低くした分等方性エッチングの割合が多くなり、テーパー部の角度は３０〜６０°となる。また、第２の形状のゲート絶縁膜１０９bの表面が４０nm程度エッチングされ、新たに第３の形状のゲート絶縁膜１０９cが形成される。
【０１３３】
そして、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げ高加速電圧の条件でｎ型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を７０〜１２０ｋＶとし、１×１０13／ｃｍ2のドーズ量で行い、第２の形状を有する導電層１４０〜１４５と重なる領域の不純物濃度を１×１０16〜１×１０18／ｃｍ3となるようにする。このようにして、第２の不純物領域（Ｂ）１４６〜１５０を形成する。
【０１３４】
そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層１０４、１０６に一導電型とは逆の導電型の不純物領域１５６、１５７を形成する。この場合も第２の形状の導電層１４０、１４２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層１０５、１０７、１０８は、第３のフォトマスク（ＰＭ３）を用いてレジストのマスク１５１〜１５３を形成し全面を被覆しておく。ここで形成される不純物領域１５６、１５７はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。不純物領域１５６、１５７のｐ型を付与する不純物元素の濃度は、２×１０20〜２×１０21／ｃｍ3となるようにする。
【０１３５】
この不純物領域１５６、１５７はｎ型を付与する不純物元素を含有する３つの領域に分けて見ることができる。第３の不純物領域１５６ａ、１５７ａは１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域（Ａ）１５６ｂ、１５７ｂは１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域（Ｂ）１５６ｃ、１５７ｃは１×１０16〜５×１０18／ｃｍ3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含んでいる。しかし、これらの不純物領域１５６ｂ、１５６ｃ、１５７ｂ、１５７ｃのｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19／ｃｍ3以上となるようにし、第３の不純物領域１５６ａ、１５７ａにおいては、ｐ型を付与する不純物元素の濃度を１．５から３倍となるようにすることにより、第３の不純物領域はｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能する。また、第４の不純物領域（Ｂ）１５６ｃ、１５７ｃは一部が第２のテーパー形状を有する導電層１４０または１４２と一部が重なって形成される。
【０１３６】
その後、図１７（Ａ）に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から第１の層間絶縁膜１５８を形成する。第１の層間絶縁膜は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても第１の層間絶縁膜１５８は無機絶縁物材料から形成する。第１の層間絶縁膜１５８の膜厚は１００〜２００nmとする。ここで、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ2とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ2で放電させて形成することができる。また、酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。
【０１３７】
そして、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行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。また、基板１０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザアニール法を適用することが好ましい。
【０１３８】
活性化の工程に続いて、雰囲気ガスを変化させ、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、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体層にある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。いずれにしても、島状半導体層１０４〜１０８中の欠陥密度を１０16／ｃｍ3以下とすることが望ましく、そのために島状半導体層が含む全原子数の０．０１〜０．１％程度の水素を付与すれば良い。
【０１３９】
その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜１５９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。
【０１４０】
このように、第２の層間絶縁膜を有機絶縁物材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減することができる。しかし、吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施例のように、第１の層間絶縁膜１５８として形成した酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜などと組み合わせて用いると良い。
【０１４１】
その後、第４のフォトマスク（ＰＭ４）を用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体層に形成されソース領域またはドレイン領域とする不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールはドライエッチング法で形成する。この場合、エッチングガスにＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅの混合ガスを用い有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜１５９をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ4、Ｏ2として第１の層間絶縁膜１５８をエッチングする。さらに、島状半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ3に切り替えて第３の形状のゲート絶縁膜１０９ｃをエッチングすることによりコンタクトホールを形成することができる。
【０１４２】
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、第５のフォトマスク（ＰＭ５）によりレジストマスクパターンを形成し、エッチングによってソース線１６０〜１６４とドレイン線１６５〜１６８を形成する。画素電極１６９はドレイン線と一緒に形成される。画素電極１７１は隣の画素に帰属する画素電極を表している。図示していないが、本実施例ではこの配線を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する不純物領域とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）
を３００〜４００nmの厚さで形成（図１７（Ｂ）において１６０ａ〜１６９ａで示す）し、さらにその上に透明導電膜を８０〜１２０ｎｍの厚さで形成（図１７（Ｂ）において１６０ｂ〜１６９ｂで示す）した。透明導電膜には酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを好適に用いることができる。
【０１４３】
こうして５枚のフォトマスクにより、同一の基板上に、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る。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３、画素部には画素ＴＦＴ２０４、保持容量２０５が形成されている。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。
【０１４４】
駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２０としての機能を有し、島状半導体層１０４にチャネル形成領域２０６、ソース領域またはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２０７ａ、ゲート電極２２０と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ａ）２０７ｂ、一部がゲート電極２２０と重なるＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２０７ｃを有する構造となっている。
【０１４５】
第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２１としての機能を有し、島状半導体層１０５にチャネル形成領域２０８、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２０９ａ、ゲート電極２２１と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２０９ｂ、一部がゲート電極２２１と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃを有する構造となっている。チャネル長２〜７μｍに対して、第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃがゲート電極２２１と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。前記長さはゲート電極２２１の厚さとテーパー部の角度から制御する。ｎチャネル型ＴＦＴにおいてこのようなＬＤＤ領域を形成することにより、ドレイン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができる。
【０１４６】
駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２は同様に、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２２としての機能を有し、島状半導体層１０６にチャネル形成領域２１０、ソース領域またはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２１１ａ、ゲート電極２２２と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ａ）２１１ｂ、一部がゲート電極２２２と重なるＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２１１ｃを有する構造となっている。
【０１４７】
駆動回路の第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２３としての機能を有し、島状半導体層１０７にチャネル形成領域２１２、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２１３ａ、ゲート電極２２３と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２１３ｂ、一部がゲート電極２２３と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃを有する構造となっている。第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０１と同様に第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃがゲート電極２２３と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１４８】
駆動回路はシフトレジスタ回路、バッファ回路などのロジック回路やアナログスイッチで形成されるサンプリング回路などで形成される。図17（Ｂ）ではこれらを形成するＴＦＴを一対のソース・ドレイン間に一つのゲート電極を設けたシングルゲートの構造で示したが、複数のゲート電極を一対のソース・ドレイン間に設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１４９】
画素ＴＦＴ２０４には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２４としての機能を有し、島状半導体層１０８にチャネル形成領域２１４ａ、２１４ｂ、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２１５ａ、２１７、ゲート電極２２４と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２１５ｂ、一部がゲート電極２２４と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１５ｃを有する構造となっている。第２の不純物領域（Ｂ）２１５ｃがゲート電極２２４と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。また、第１の不純物領域２１７から延在し、第２の不純物領域（Ａ）２１９ａ、第２の不純物領域（Ｂ）２１９ｂ、導電型を決定する不純物元素が添加されていない領域２１８を有する半導体層と、第３の形状を有するゲート絶縁膜と同層で形成される絶縁層と、第２のテーパー形状を有する導電層から形成される容量配線２２５から保持容量２０５が形成されている。
【０１５０】
図２３は画素部のほぼ一画素分を示す上面図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図１７（Ｂ）に示す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴにおいて、ゲート電極２２４は図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層１０８と交差し、さらに複数の島状半導体層に跨って延在してゲート配線を兼ねている。図示はしていないが、島状半導体層には、図１７（Ｂ）で説明したソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、２３０はソース配線１６４とソース領域２１５ａとのコンタクト部、２３１は画素電極１６９とドレイン領域２１７とのコンタクト部である。保持容量２０５は、画素ＴＦＴ２０４のドレイン領域２１７から延在する半導体層とゲート絶縁膜を介して容量配線２２５が重なる領域で形成されている。この構成において半導体層２１８には、価電子制御を目的とした不純物元素は添加されていない。
【０１５１】
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、耐熱性を有する導電性材料でゲート電極を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ている。さらに、ゲート電極にゲート絶縁膜を介して重なるＬＤＤ領域を形成する際に、導電型を制御する目的で添加した不純物元素に濃度勾配を持たせてＬＤＤ領域を形成することで、特にドレイン領域近傍における電界緩和効果が高まることが期待できる。
【０１５２】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置の場合、第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１は高速動作を重視するシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路などを形成するのに用いる。図１７（Ｂ）
ではこれらの回路をロジック回路部として表している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１の第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃはホットキャリア対策を重視した構造となっている。さらに、耐圧を高め、動作を安定化させるために、図２１（Ａ）で示すようにこのロジック回路部のＴＦＴを第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形成しても良い。このＴＦＴは、一対のソース・ドレイン間に２つのゲート電極を設けたダブルゲート構造であり、このようなＴＦＴは本実施例の工程を用いて同様に作製できる。第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０には、島状半導体層にチャネル形成領域２３６ａ、２３６ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２３８ａ、２３９ａ、２４０ａ、ＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ａ）２３８ｂ、２３９ｂ、２４０ｂ及びゲート電極２３７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ｂ）
２３８ｃ、２３９ｃ、２４０ｃを有した構造となっている。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１には、島状半導体層にチャネル形成領域２４１ａ、２４１ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２４３ａ、２４４ａ、２４５ａとＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ａ）２４３ｂ、２４４ｂ、２４５ｂ及びゲート電極２４２と一部が重なりＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２４３ｃ、２４４ｃ、２４５ｃを有している。チャネル長は３〜７μｍとして、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１５３】
また、アナログスイッチで構成するサンプリング回路には、同様な構成とした第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３を適用することができる。サンプリング回路はホットキャリア対策と低オフ電流動作が重視されるので、図２１（Ｂ）で示すようにこの回路のＴＦＴを第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形成しても良い。この第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２は、一対のソース・ドレイン間に３つのゲート電極を設けたトリプルゲート構造であり、このようなＴＦＴは本実施例の工程を用いて同様に作製できる。第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２には、島状半導体層にチャネル形成領域２４６ａ、２３４ｂ、２４６ｃソースまたはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２４９ａ、２５０ａ、２５１ａ、２５２ａ、ＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ａ）２４９ｂ、２５０ｂ、２５１ｂ、２５２ｂ及びゲート電極２４７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ｂ）２４９ｃ、２５０ｃ、２５１ｃ、２５２ｃを有した構造となっている。第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３には、島状半導体層にチャネル形成領域２５３ａ、２５３ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２５５ａ、２５６ａ、２５７ａとＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ａ）２５５ｂ、２５６ｂ、２５７ｂ及びゲート電極２５４と一部が重なりＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２５５ｃ、２５６ｃ、２５７ｃを有している。チャネル長は３〜７μｍとして、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１５４】
ＴＦＴのゲート電極の構成をシングルゲート構造とするか、複数のゲート電極を一対のソース・ドレイン間に設けたマルチゲート構造とするかは、回路の特性に応じて実施者が適宣選択すれば良い。そして、本実施例で完成したアクティブマトリクス基板を用いることで反射型の液晶表示装置を作製することができる。
【実施例７】
【０１５５】
実施例６ではゲート電極の材料にＷやＴａなどの耐熱性導電材料を用いる例を示した。このような材料を用いる理由は、ゲート電極形成後に導電型の制御を目的として半導体層に添加した不純物元素を４００〜７００℃の熱アニールによって活性化させる必要があり、その工程を実施する上でゲート電極に耐熱性を持たせる必要があるからである。しかしながら、このような耐熱性導電材料は面積抵抗で１０Ω程度あり、画面サイズが４インチクラスかそれ以上の表示装置には必ずしも適していない。ゲート電極に接続するゲート線を同じ材料で形成すると、基板上における引回し長さが必然的に大きくなり、配線抵抗の影響による配線遅延の問題を無視することができなくなる。
【０１５６】
例えば、画素密度がＶＧＡの場合、４８０本のゲート配線と６４０本のソース線が形成され、ＸＧＡの場合には７６８本のゲート配線と１０２４本のソース配線が形成される。表示領域の画面サイズは、１３インチクラスの場合対角線の長さが３４０ｍｍとなり、１８インチクラスの場合には４６０ｍｍとなる。本実施例ではこのような液晶表示装置を実現する手段として、ゲート配線をＡｌや銅（Ｃｕ）などの低抵抗導電性材料で形成する方法について図18を用いて説明する。
【０１５７】
まず、実施例６と同様にして図１５（Ａ）〜図１６（Ｃ）に示す工程を行う。
そして導電型の制御を目的として、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５００℃で４時間の熱処理を行う。
【０１５８】
この熱処理において、第２のテーパー形状を有する導電層１４０〜１４５は表面から５〜８０nmの厚さで導電層（Ｃ）１７２ａ〜１７２ｆが形成される。例えば、第２のテーパー形状を有する導電層がＷの場合には、窒化タングステンが形成され、Ｔａの場合には窒化タンタルが形成される。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層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１８（Ａ））。
【０１５９】
活性化および水素化処理の後、ゲート線を低抵抗導電材料で形成する。低抵抗導電材料はＡｌやＣｕを主成分とするものであり、このような材料から形成される低抵抗導電層からゲート線を形成する。例えば、Ｔｉを０．１〜２重量％含むＡｌ膜を低抵抗導電層として全面に形成する（図示せず）。低抵抗導電層は２００〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）の厚さで形成する。そして、所定のレジストパターンを形成し、エッチング処理して、ゲート線１７３、１７４を形成する。このとき同じ材料で画素部に設ける保持容量と接続する容量線１７５も形成する。低抵抗導電層がＡｌを主成分とする材料である場合には、エッチング処理はリン酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで、下地との選択加工性を保ってゲート線を形成することができる。第１の層間絶縁膜１７６は実施例６と同様にして形成する（図１８（Ｂ））。
【０１６０】
その後、実施例６と同様にして有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜１５９、ソース線１６０〜１６４、ドレイン線１６５〜１６８、画素電極１６９、１７１を形成してアクティブマトリクス基板を完成させることができる。図１９（Ａ）、（Ｂ）はこの状態の上面図を示し、図１９（Ａ）のＢ−Ｂ'断面および図１９（Ｂ）のＣ−Ｃ'断面は図1８（Ｃ）のＢ−Ｂ'およびＣ−Ｃ'に対応している。図１９（Ａ）、（Ｂ）ではゲート絶縁膜、第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜を省略して示しているが、島状半導体層１０４、１０５、１０８の図示されていないソースおよびドレイン領域にソース線１６０、１６１、１６４とドレイン線１６５、１６６、及び画素電極１６９がコンタクトホールを介して接続している。また、図１９（Ａ）のＤ−Ｄ'断面および図19（Ｂ）のＥ−Ｅ'断面を図２０（Ａ）と（Ｂ）にそれぞれ示す。ゲート線１７３はゲート電極２２０と、またゲート線１７４はゲート電極２２５と島状半導体層１０４、１０８の外側で重なるように形成され、ゲート電極と低抵抗導電層とがコンタクトホールを介さずに接触して電気的に導通している。このようにゲート線を低抵抗導電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、画素部（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。
【実施例８】
【０１６１】
実施例６で作製したアクティブマトリクス基板はそのまま反射型の表示装置に適用することができる。一方、透過型の液晶表示装置とする場合には画素部の各画素に設ける画素電極を透明電極で形成すれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置に対応するアクティブマトリクス基板の作製方法について図２２を用いて説明する。
【０１６２】
アクティブマトリクス基板は実施例６と同様に作製する。図２２（Ａ）では、ソース配線とドレイン配線は導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。ドレイン線２５６を例としてこの構成を図２２（Ｂ）で詳細に説明すると、Ｔｉ膜２５６ａを５０〜１５０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成する。そのＴｉ膜２５６ａ上に重ねてＡｌ膜２５６ｂを３００〜４００ｎｍの厚さで形成し、さらにＴｉ膜２５６ｃまたは窒化チタン（ＴｉＮ）膜を１００〜２００ｎｍの厚さで形成して３層構造とする。その後、透明導電膜を全面に形成し、フォトマスクを用いたパターニング処理およびエッチング処理により画素電極２５７を形成する。画素電極２５７は、有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜上に形成され、コンタクトホールを介さずに画素ＴＦＴ２０４のドレイン線２５６と重なる部分を設け電気的な接続を形成している。
【０１６３】
図２２（Ｃ）では最初に第２の層間絶縁膜上に透明導電膜を形成し、パターニング処理およびエッチング処理をして画素電極２５８を形成した後、ドレイン線２５９を画素電極２５８とコンタクトホールを介さずに接続部を形成した例である。ドレイン線２５９は、図２２（Ｄ）で示すようにＴｉ膜２５９ａを５０〜１５０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜２５９ａ上に重ねてＡｌ膜２５９ｂを３００〜４００ｎｍの厚さで形成して設ける。この構成にすると、画素電極２５８はドレイン配線２５９を形成するＴｉ膜２５９ａのみと接触することになる。その結果、透明導電膜材料とＡｌとが直接接し反応するのを確実に防止できる。
【０１６４】
透明導電膜の材料は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＳｎＯ2；ＩＴＯ）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用いることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）を用いても良い。酸化インジウム酸化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ＩＴＯに対して熱安定性にも優れているので、図29（Ａ）、（Ｂ）の構成においてドレイン配線２５６の端面で、Ａｌ膜２５６ｂが画素電極２５７と接触して腐蝕反応をすることを防止できる。同様に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを用いることができる。
【０１６５】
実施例６では反射型の液晶表示装置を作製できるアクティブマトリクス基板を５枚のフォトマスクにより作製したが、さらに１枚のフォトマスクの追加（合計６枚）で、透過型の液晶表示装置に対応したアクティブマトリクス基板を完成させることができる。本実施例では、実施例6と同様な工程として説明したが、このような構成は実施例７で示すアクティブマトリクス基板に適用することができる。
【実施例９】
【０１６６】
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。まず、図２４（Ａ）に示すように、図１７（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス基板に柱状スペーサから成るスペーサを形成する。スペーサは数μｍの粒子を散布して設ける方法でも良いが、ここでは基板全面に樹脂膜を形成した後これをパターニングして形成する方法を採用した。このようなスペーサの材料に限定はないが、例えば、ＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、スペーサの形状は柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保することができる。形状は円錐状、角錐状など特別の限定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高さを１．２〜５μｍとし、平均半径を５〜７μｍ、平均半径と底部の半径との比を１対１．５とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とする。
【０１６７】
スペーサの配置は任意に決定すれば良いが、好ましくは、図２４（Ａ）で示すように、画素部においては画素電極１６９のコンタクト部２３１と重ねてその部分を覆うように柱状スペーサ４０６を形成すると良い。コンタクト部２３１は平坦性が損なわれこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、このようにしてコンタクト部２３１にスペーサ用の樹脂を充填する形で柱状スペーサ４０６を形成することでディスクリネーションなどを防止することができる。また、駆動回路のＴＦＴ上にもスペーサ４０５ａ〜４０５ｅを形成しておく。このスペーサは駆動回路部の全面に渡って形成しても良いし、図２４で示すようにソース線およびドレイン線を覆うようにして設けても良い。
【０１６８】
その後、配向膜４０７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を用いる。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。画素部に設けた柱状スペーサ４０６の端部からラビング方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるようにした。また、ラビング処理では静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上に形成したスペーサ４０５ａ〜４０５ｅにより静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができる。また図では説明しないが、配向膜４０７を先に形成してから、スペーサ４０６、４０５ａ〜４０５ｅを形成した構成としても良い。
【０１６９】
対向側の対向基板４０１には、遮光膜４０２、透明導電膜４０３および配向膜４０４を形成する。遮光膜４０２はＴｉ膜、Ｃｒ膜、Ａｌ膜などを１５０〜３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動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シール剤４０８で貼り合わせる。シール剤４０８にはフィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーとスペーサ４０６、４０５ａ〜４０５ｅによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料４０９を注入する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることもできる。この無しきい値反強誘電性混合液晶には、Ｖ字型の電気光学応答特性を示すものもある。このようにして図２４（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【０１７０】
図２５はこのようなアクティブマトリクス基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。実施例6で述べたガラス基板１０１上に画素部６０４の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路６０５と画像信号駆動回路６０６が設けられている。さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路６０７も付加されていても良い。そして、これらの駆動回路は接続配線６０３によって外部入出力端子６０２と接続されている。
画素部６０４では走査信号駆動回路６０５から延在するゲート配線群６０８と画像信号駆動回路６０６から延在するソース配線群６０９がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられている。
【０１７１】
図２４において画素部において設けた柱状スペーサ４０６は、すべての画素に対して設けても良いが、図２５で示すようにマトリクス状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜１００％とすることが可能である。また、駆動回路部に設けるスペーサ４０５ａ〜４０５ｅはその全面を覆うように設けても良いし各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて設けても良い。図25では駆動回路部に設けるスペーサの配置を６１０〜６１２で示す。そして、図25示すシール剤６１９は、基板１０１上の画素部６０４および走査信号駆動回路６０５、画像信号駆動回路６０６、その他の信号処理回路６０７の外側であって、外部入出力端子６０２よりも内側に形成する。
【０１７２】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を図２６の斜視図を用いて説明する。図26においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板１０１上に形成された、画素部６０４と、走査信号駆動回路６０５と、画像信号駆動回路６０６とその他の信号処理回路６０７とで構成される。画素部６０４には画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられ、画素部の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６０５と画像信号駆動回路６０６からは、それぞれゲート線（ゲート電極と連続して形成されている場合は図１７（Ｂ）の２２４に相当する）とソース線１６４が画素部６０４に延在し、画素ＴＦＴ２０４に接続している。また、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）６１３が外部入力端子６０２に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。ＦＰＣ６１３は補強樹脂６１４によって強固に接着されている。そして接続配線６０３でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板４０１には図示していない、遮光膜や透明電極が設けられている。
【０１７３】
このような構成の液晶表示装置は、実施例６〜８で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成することができる。実施例６で示すアクティブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施例８で示すアクティブマトリクス基板を用いると透過型の液晶表示装置を得ることができる。
【実施例１０】
【０１７４】
図２７は実施例６〜８で示したアクティブマトリクス基板の回路構成の一例であり、直視型の表示装置の回路構成を示す図である。このアクティブマトリクス基板は、画像信号駆動回路６０６、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）６０５、画素部６０４を有している。尚、本明細書中において記した駆動回路とは、画像信号駆動回路６０６、走査信号駆動回路６０５を含めた総称である。
【０１７５】
画像信号駆動回路６０６は、シフトレジスタ回路５０１ａ、レベルシフタ回路５０２ａ、バッファ回路５０３ａ、サンプリング回路５０４を備えている。また、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）１８５は、シフトレジスタ回路５０１ｂ、レベルシフタ回路５０２ｂ、バッファ回路５０３ｂを備えている。
【０１７６】
シフトレジスタ回路５０１ａ、５０１ｂは駆動電圧が５〜１６Ｖ（代表的には１０Ｖ）であり、この回路を形成するＣＭＯＳ回路のＴＦＴは、図１７（Ｂ）の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１で形成する。或いは、図２１（Ａ）で示す第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形成しても良い。また、レベルシフタ回路５０２ａ、５０２ｂやバッファ回路５０３ａ、５０３ｂは駆動電圧が１４〜１６Ｖと高くなるので図２１（Ａ）で示すようなマルチゲートのＴＦＴ構造とすることが望ましい。
マルチゲート構造でＴＦＴを形成すると耐圧が高まり、回路の信頼性を向上させる上で有効である。
【０１７７】
サンプリング回路５０４はアナログスイッチから成り、駆動電圧が１４〜１６Ｖであるが、極性が交互に反転して駆動される上、オフ電流値を低減させる必要があるため、図１７（Ｂ）で示す第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３で形成することが望ましい。或いは、オフ電流値を効果的に低減させるために図２１（Ｂ）で示す第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形成しても良い。
【０１７８】
また、画素部は駆動電圧が１４〜１６Ｖであり、低消費電力化の観点からサンプリング回路よりもさらにオフ電流値を低減することが要求され、図１７（Ｂ）
で示す画素ＴＦＴ２０４のようにマルチゲート構造を基本とする。
【０１７９】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜８に示した工程に従ってＴＦＴを作製することによって容易に実現することができる。本実施例では、画素部と駆動回路の構成のみを示しているが、実施例6〜8の工程に従えば、その他にも信号分割回路、分周波回路、Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、オペアンプ回路、さらにメモリ回路や演算処理回路などの信号処理回路、あるいは論理回路を同一基板上に形成することが可能である。このように、本発明は同一基板上に画素部とその駆動回路とを含む半導体装置、例えば信号制御回路および画素部を具備した液晶表示装置を実現することができる。
【実施例１１】
【０１８０】
本実施例では、上述の実施例で作成の例を示したアクティブマトリクス基板を用いて発光装置の例として、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）材料を用いた自発光型の表示パネル（以下、ＥＬ表示装置と記す）を作製する例について説明する。図28（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示パネルの上面図である。図29（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。
【０１８１】
発光装置とは、電場を加えることで発生するルミネッセンスが得られる有機化合物を含む層（発光素子）を光源とする装置である。有機化合物における発光素子には、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１８２】
図２８（Ｂ）は図２８（Ａ）のＡ−Ａ'断面を表す図であり、このとき少なくとも画素部上、好ましくは駆動回路及び画素部上に対向板８０を設ける。対向板８０はシール材１９でＴＦＴとＥＬ層が形成されているアクティブマトリクス基板と貼り合わされている。シール剤１９にはフィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーによりほぼ均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられている。さらに、シール材１９の外側とＦＰＣ１７の上面及び周辺は封止剤８１で密封する構造とする。封止剤８１は珪素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ブチルゴムなどの材料を用いる。
【０１８３】
このように、シール剤１９によりアクティブマトリクス基板１０と対向基板８０とが貼り合わされると、その間には空間が形成される。その空間には充填剤８３が充填される。この充填剤８３は対向板８０を接着する効果も合わせ持つ。充填剤８３はＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、エポキシ樹脂、珪素樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、ＥＬ層は水分をはじめ湿気に弱く劣化しやすいので、この充填剤８３の内部に酸化バリウムなどの乾燥剤を混入させておくと吸湿効果を保持できるので望ましい。また、ＥＬ層上に窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜などで形成するパッシベーション膜８２を形成し、充填剤８３に含まれるアルカリ元素などによる腐蝕を防ぐ構造としていある。
【０１８４】
対向板８０にはガラス板、アルミニウム板、ステンレス板、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、マイラーフィルム（デュポン社の商品名）、ポリエステルフィルム、アクリルフィルムまたはアクリル板などを用いることができる。また、数十μｍのアルミニウム箔をＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用い、耐湿性を高めることもできる。このようにして、ＥＬ素子は密閉された状態となり外気から遮断されている。
【０１８５】
また、図２８（Ｂ）において基板１０、下地膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴ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。これらのＴＦＴの内特にｎチャネル型ＴＦＴにははホットキャリア効果によるオン電流の低下や、Ｖthシフトやバイアスストレスによる特性低下を防ぐため、本実施例で示す構成のＬＤＤ領域が設けられている。
【０１８６】
例えば、駆動回路用ＴＦＴ２２とし、図１７（ｂ）に示すｐチャネル型ＴＦＴ２００、２０２とｎチャネル型ＴＦＴ２０１、２０３を用いれば良い。また、画素部用ＴＦＴ２３には図１７（Ｂ）に示す画素ＴＦＴ２０４またはそれと同様な構造を有するｐチャネル型ＴＦＴを用いれば良い。
【０１８７】
図１７（Ｂ）または図１８（Ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板からＥＬ表示装置を作製するには、ソース線、ドレイン線上に樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６を形成し、その上に画素部用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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
ＥＬ層はシャドーマスクを用いて蒸着法、またはインクジェット法、ディスペンサー法などで形成する。いずれにしても、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。
【０１９０】
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を連続して形成するか、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで真空中で陰極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。
【０１９１】
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、異方性導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。ＦＰＣ１７上にはさらに樹脂層８０が形成され、この部分の接着強度を高めている。
【０１９２】
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。
【０１９３】
また、配線１６はシーリル１９と基板１０との間を隙間（但し封止剤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も同様にしてシーリング材１９の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１９４】
ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図２９に、上面構造を図３０（Ａ）に、回路図を図３０（Ｂ）に示す。図２９（Ａ）において、基板２４０１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ２４０２は実施例６の図１７（Ｂ）の画素ＴＦＴ２０４と同じ構造で形成される。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良い。
【０１９５】
また、電流制御用ＴＦＴ２４０３は図１７（Ｂ）で示すｎチャネル型ＴＦＴ２０１を用いて形成する。このとき、スイッチング用ＴＦＴ２４０２のドレイン線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ＴＦＴ２４０２のゲート電極３９ａ、３９ｂを電気的に接続するゲート線である。
【０１９６】
このとき、電流制御用ＴＦＴ２４０３が本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にゲート電極と一部が重なるＬＤＤ領域を設けることでＴＦＴの劣化を防ぎ、動作の安定性を高めることができる。
【０１９７】
また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ２４０３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。
【０１９８】
また、図３０（Ａ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲート電極３７となる配線は２４０４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ２４０３のドレイン線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、２４０４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２４０４は電流制御用ＴＦＴ２４０３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、ドレイン線４０は電流供給線（電源線）２５０１に接続され、常に一定の電圧が加えられている。
【０１９９】
スイッチング用ＴＦＴ２４０２及び電流制御用ＴＦＴ２４０３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。
【０２００】
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ＴＦＴ２４０３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。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。 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。
【０２０１】
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。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。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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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２４０５は、画素電極（陰極）４３、発光層４５、正孔注入層４６及び陽極４７で形成されたダイオードを指す。図３０（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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
以上のように本発明を用いて作製するＥＬ表示パネルは図３０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。
【０２０６】
図２９（Ｂ）はＥＬ層の構造を反転させた例を示す。電流制御用ＴＦＴ２６０１は図１７（Ｂ）のｐチャネル型ＴＦＴ２００を用いて形成される。作製プロセスは実施例6を参照すれば良い。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。
【０２０７】
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２６０２が形成される。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ＴＦＴ２６０１はｐチャネル型ＴＦＴで形成することが好ましい。
【０２０８】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜７のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例１３の電子機器の表示部として本実施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【実施例１２】
【０２０９】
本実施例では、図３０（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３１に示す。なお、本実施例において、２７０１はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のソース配線、２７０３はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のゲート配線、２７０４は電流制御用ＴＦＴ、２７０５はコンデンサ、２７０６、２７０８は電流供給線、２７０７はＥＬ素子とする。
【０２１０】
図３１（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線２７０６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２７０６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。
【０２１１】
また、図３１（Ｂ）は、電流供給線２７０８をゲート配線２７０３と平行に設けた場合の例である。なお、図３１（Ｂ）では電流供給線２７０８とゲート配線２７０３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２７０８とゲート配線２７０３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。
【０２１２】
また、図３１（Ｃ）は、図３１（Ｂ）の構造と同様に電流供給線２７０８をゲート配線２７０３と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線２７０８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２７０８をゲート配線２７０３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。図３１（Ａ）、図31（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ２４０４を設ける構造としているが、コンデンサ２４０４を省略することも可能である。
【０２１３】
電流制御用ＴＦＴ２４０３として図２９（Ａ）に示すような本発明を用いて作製するｎチャネル型ＴＦＴ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２４０４の代わりとして積極的に用いる点に特徴がある。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で変化するため、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。また、図３１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様にコンデンサ２７０５を省略することは可能である。
【０２１４】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜１１のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例１３の電子機器の表示部として本実施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【実施例１３】
【０２１５】
本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、アクティブマトリクス型発光ディスプレイ、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発明を実施できる。
【０２１６】
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３２、図３３及び図３４に示す。
【０２１７】
図３２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明を画像入力部３００２、表示部３００３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２１８】
図３２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明を表示部３１０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２１９】
図３２（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３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明は表示部３２０５やその他の信号制御回路に適用できる。
【０２２０】
図３２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明は表示部３３０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２１】
図３２（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３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５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３４０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２２】
図３２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を表示部３５０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２３】
図３３（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明は投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２４】
図３３（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明は投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２５】
なお、図３３（Ｃ）は、図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０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33（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。
【０２２６】
また、図３３（Ｄ）は、図３３（Ｃ）中における光源光学系３８０１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３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図３３（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。
【０２２７】
ただし、図３３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発光装置での適用例は図示していない。
【０２２８】
図３４（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明を音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２９】
図３４（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明は表示部４００２、４００３やその他の信号回路に適用することができる。
【０２３０】
図３４（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明は表示部４１０３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。
【０２３１】
以上の様に、本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１〜１２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。
【符号の説明】
【０２３２】
５００１ 結晶化領域
５００２ 非晶質領域
１００１ レーザ発振器
１００２ａ シリンドリカルアレイレンズ
１００２ｂ シリンドリカルアレイレンズ
１００３ シリンドリカルアレイレンズ
１００４ シリンドリカルアレイレンズ
１００５ シリンドリカルレンズ
１００７ ミラー
１００８ ダブレットシリンドリカルレンズ
１００９ 被照射面
１４０１ レーザ発振器
１４０２ 凸レンズ
１４０３ ガルバノメータ
１４０４ f-θ レンズ
１４０５ 基板
１４０６ ステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと言う）で構成された回路を有する半導体装置及びその作製方法に関する。例えば、液晶表示装置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品として搭載した電気機器の構成に関する。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、上記電気光学装置及び電気機器もその範疇にあるとする。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜に対し、加熱、またはレーザアニール、または加熱とレーザアニールの両方を行い、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記半導体膜には珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
上記技術により得られた結晶質半導体膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶半導体膜と呼ばれる。多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、多結晶半導体膜を利用すると、例えば、従来の非晶質半導体膜を使って作製した半導体装置では実現できなかったモノリシック型の液晶電気光学装置（一枚の基板上に、画素駆動用と駆動回路用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製した半導体装置）が作製できる。
【０００４】
このように、多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に電気的特性の高い半導体膜である。これが、上記研究の行われる理由である。例えば、加熱による非晶質半導体膜の結晶化を行うには、６００℃以上の加熱温度と１０時間以上、好ましくは２０時間以上の加熱時間が必要であった。この結晶化条件に耐える基板には、例えば、石英基板がある。しかしながら、石英基板は高価で加工性に乏しく、特に大面積に加工するのは非常に困難であった。基板の大面積化は特に生産効率を上げるためには必要不可欠な要素である。近年、生産効率の向上のために基板を大面積化する動きが著しく、新しく建設される生産工場のラインは、基板サイズ６００ｍｍ×７２０ｍｍが標準となりつつある。
【０００５】
このような大面積基板に石英基板を加工することは現在の技術では難しく、たとえできたとしても産業として成り立つ価格までは下がらないだろう。大面積基板を容易に作製できる材料に、例えばガラスがある。ガラス基板には、例えばコーニング７０５９と呼ばれているものがある。コーニング７０５９は非常に安価で加工性に富み、大面積化も容易である。しかしながら、コーニング７０５９は歪点温度が５９３℃であり、６００℃以上の加熱には問題があった。
【０００６】
ガラス基板の１つに、歪点温度が比較的高いコーニング１７３７というものがある。これの歪点温度は６６７℃と高い。これに非晶質半導体膜を成膜し、６００℃、２０時間の雰囲気に置くと、作製工程に影響するほどの基板の変形は見られなかった。しかしながら、２０時間の加熱時間は量産工程としては長すぎ、加熱温度６００℃は、コストの面から考えると、少しでも低い方が好ましかった。
【０００７】
このような問題を解決するため、新しい結晶化の方法が考案された。前記方法の詳細は特開平７-１８３５４０号公報に記載されている。ここで、前記方法を簡単に説明する。まず、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加する。添加の方法は、プラズマ処理法や蒸着法、イオン注入法、スパッタ法、溶液塗布法等を利用すればよい。前記添加の後、例えば５５０℃の窒素雰囲気に４時間、非晶質半導体膜を置くと、電気的特性の良好な多結晶半導体膜が得られる。結晶化に最適な加熱温度や加熱時間等は、前記元素の添加量や、非晶質半導体膜の状態による。
【０００８】
以上、加熱による非晶質半導体膜の結晶化の方法の例を記した。一方、レーザアニールによる結晶化は、基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用いることが出来る。
【０００９】
レーザアニールに用いられるレーザの種類はエキシマレーザ、Ａｒレーザ等が挙げられる。出力の大きい、パルス発振のレーザビームを被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるように光学系にて加工し、レーザビームを走査させて(あるいはレーザビームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)、レーザアニールを行う方法が、生産性が高く工業的に優れているため、好んで使用されている。
【００１０】
特に、被照射面においてレーザビームの形状が線状であるレーザビーム（以下線状ビームと表記する）を用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた場合とは異なり、線状ビームの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射することができるため、生産性が高い。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向であるからである。この高い生産性により、現在レーザアニールにはパルス発振のエキシマレーザを適当な光学系で加工した線状ビームを使用することが主流になりつつある。
【００１１】
また、非晶質半導体膜に対し、加熱による結晶化を行った後にレーザアニールによる結晶化を行う方法もある。この方法を行うと、加熱またはレーザアニールのどちらかだけで結晶化を行う場合より半導体膜としての電気的特性が向上する場合がある。高い電気的特性を得るためには、加熱条件とレーザアニール条件を最適化する必要がある。前記方法を用いて得られた多結晶半導体膜を使い、例えば公知の方法で薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製すると前記ＴＦＴの電気的特性が大きく向上する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
より高い電気的特性を持つ半導体膜を得るために、例えば、非晶質半導体膜に対し、加熱による結晶化を行った後に、更にレーザアニールを行う方法がある。前記方法を用いると、加熱またはレーザアニールのどちらか一方だけで結晶化を行う場合より、半導体膜としても電気的特性を向上させることが出来る。高い電気的特性を得るためには、加熱条件とレーザアニール条件を最適化する必要がある。前記方法を用いて得られた多結晶半導体膜を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性層とすれば、ＴＦＴの電気的特性は大きく向上するが、同時に電気的特性のばらつきが顕著になる場合もあった。前記電気的特性のばらつきは、例えば、前記方法で得られた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使ってアクティブマトリクス型の液晶表示装置を作製すると、表示むら等の不良原因となった。本発明は、前記ばらつきが抑えられた高品質のＴＦＴを作製することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきの原因が非晶質半導体膜の結晶化の工程にあると考えた。前述したとおり、高い電気的特性をもつＴＦＴを得るためには、例えば、前記結晶化の工程において、非晶質半導体膜を加熱し、さらにレーザアニールする段階を経る必要がある。これらの加熱の工程と、レーザアニールの工程とを最適化すれば、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきが抑えられる可能性がある。
【００１４】
まず、加熱の工程に着目し、前記工程の最適化を行う。前記最適化の実験を行うにあたり、非晶質半導体膜には、非晶質珪素膜を用いた。前記非晶質珪素膜に加熱処理を行った後、加熱条件によっては結晶化部分と非晶質部分の混在した多結晶珪素膜が得られる。前記混在した状態を詳しく解析するために、次のような実験を行った。
【００１５】
まず、非晶質珪素膜に加熱処理を行う際の加熱時間を振った実験について述べる。５インチ角のガラス基板（一辺５インチの正方形のガラス基板を指す。）上にプラズマＣＶＤ装置により窒化酸化珪素膜１００ｎｍ、非晶質珪素膜５５ｎｍ成膜する。なお、本明細書中において、窒化酸化珪素膜とはＳｉＯxＮyで表される絶縁膜であり、珪素、酸素、窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。次に、特開平７−１８３５４０号公報に記載された方法を利用し、酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度５ｐｐｍ、体積５ｍｌ）を前記非晶質珪素膜表面にスピンコート法にて塗布した。続いて、温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲気で４時間、または８時間、または１２時間加熱し、多結晶珪素膜を形成した。前記多結晶珪素膜を光学顕微鏡の明視野透過モード５００倍で観察したものを図１に示す。図１（ａ）には５５０℃で４時間加熱し得られた多結晶珪素膜を、図１（ｂ）には５５０℃で８時間加熱し得られた多結晶珪素膜を、図１（Ｃ）には５５０℃で１２時間加熱し得られた多結晶珪素膜をそれぞれ示す。
【００１６】
これらの条件での加熱による結晶化では、結晶化領域（図５（ｂ）５００１；白い領域）と非晶質領域（図５（ｂ）５００２；黒い領域）とが混在している。ここで、結晶化領域と非晶質領域は、図１および図５（ｂ）を比較すると、加熱時間が長くなるにつれて黒い領域が減少することが予想できる。そのため、図５（ｂ）において白い領域５００１を結晶化領域、黒い領域５００２を非晶質領域と断定した。本明細書中では、外周を多結晶の領域で囲まれている非晶質部分を非晶質領域と呼称する。すなわち、図５（ｂ）の黒い領域５００２は、非晶質領域の１つである。図５（ｂ）に見られるような非晶質領域を無数に有する多結晶珪素膜をより詳細に解析するため、非晶質領域の各々の面積を画像処理により解析した。
【００１７】
ここで、画像処理の方法について説明する。光学顕微鏡の明視野透過モードでデジタルカメラにより撮影した写真を図２（ａ）に示す。非晶質領域と結晶化領域に分離するため、前記写真に対して画像処理を行い２階調化する。前記写真を直接２階調化する方法もあるが、写真の中央の明るさと、写真の端の明るさの違いの影響までが強く現れてしまうことがある。このような明暗の影響を抑えるために、前記写真をＲＧＢ（赤、緑、青）やＣＭＹＫ（シアン、マゼンダ、黄、黒）
などに分離してから２階調化する方が良い。前記写真ではＲＧＢで分離する方法を用いると、画像処理を容易に行うことが出来た。今回の実験では、ＲＧＢで分離したが、解析する対象によってはＣＭＹＫ等で分離してもよい。
【００１８】
図２（ａ）をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つに分離したものをそれぞれ、図２（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分離した各々の写真に基づく階調（濃度）ヒストグラムを図４に示す。図４によると、Ｒ（赤）とＢ（青）とＧ（緑）に分離する前はピークが２つ現れている。しかしながら、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つに分離すると、Ｒ（赤）とＢ（青）ではピークが1つしか現れていないが、Ｇ（緑）ではピークが２つ現れていることから、Ｇ（緑）のみ非晶質の部分と結晶化の部分の分離が出来ていることがわかる。そこでＧ（緑）画像を非晶質の部分と結晶の部分とに分離するために２階調化した画像を図５（ａ）に示す。２階調に分けるラインは、図４においてＧ（緑）の２つのピークの間にある極小値のところに設けた。
【００１９】
そこでＧ（緑）画像を図４で示した２つのピークの間に存在する極小値で分離して２階調化し、非晶質領域と結晶化領域に分離したものを図５（ａ）に示す。
図５（ａ）における非晶質領域の面積を画像処理ソフト（NIH-Image）を用いて計算した。加熱時間と、珪素膜の総面積に対する加熱処理後の前記非晶質領域の総面積の割合との関係を表したのが図６（ａ）である。図６（ａ）より、加熱時間が長い程、非晶質領域の総面積の割合が低くなっている。
【００２０】
また、図５（ａ）に於ける各々の非晶質領域の面積を画像処理ソフト（NIH-Image）を用いて計算し、図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）は確率統計分布図であり、横軸は非晶質領域の各々の面積を示し、縦軸は確率を示している。図６（ｂ）
中、○印は、図１（ａ）に示した多結晶珪素膜中に含まれる非晶質領域の各々の面積を確率統計分布図に表したものであり、△印が、図１（ｂ）に示したものを同様に表したものであり、また、×印が、図１（ｃ）に示したものを同様に表したものである。図６（ｂ）より、４時間加熱したものには１０μｍ2以上の非晶質領域が存在しているが、８時間加熱したものと１２時間加熱したものには存在していない。更に、４時間加熱したものは他の場合に比べて前記非晶質領域の面積のばらつきも大きい。
【００２１】
そして、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（Ｃ）で示した多結晶珪素膜に対してそれぞれレーザアニールを行う。前記多結晶珪素膜を基に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製してｎチャネルの電気的特性を測定した。その結果を図７の確率統計分布図に示す。図７中の○印、△印、×印は、図６（ｂ）中に示した記号に対応する。すなわち、○印は、温度５５０℃で４時間加熱し得られた多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性を、△印は、温度５５０℃で８時間加熱し得られた多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性を、×印は、温度５５０℃で１２時間加熱し得られた多結晶珪素膜を使い作製されたＴＦＴの電気的特性を示す。図７（ａ）はＶｔｈの確率統計分布を示し、図７（ｂ）はＳ値の確率統計分布を示し、図７（ｃ）は移動度の確率統計分布を示している。４時間加熱して得られた多結晶珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、その電気的特性は、８時間加熱したものや１２時間加熱したものと比較して大きなばらつきを生じている。つまり、図６（ａ）および図７から、珪素膜の全面積に対する非晶質領域の総面積の割合が最も高いと、電気的特性でばらつきが生じることがわかる。また、図６（ｂ）および図７から、非晶質領域の面積の比較的大きなものがあると、電気的特性でばらつきが生じることがわかる。
【００２２】
次に他の実験に関して述べる。上述の実験では、酢酸ニッケル水溶液の重量換算の濃度を５ｐｐｍとしたが、本実験では１０ｐｐｍのものを使用する。また、本実験では、加熱時間を振るのではなく、加熱温度を振って、得られる多結晶珪素膜における非晶質領域の面積の確率統計分布や、ＴＦＴの電気的特性との相関がどうなるかを調べた。
【００２３】
まず、５インチ角のガラス基板上にプラズマＣＶＤ装置により窒化酸化珪素膜１００ｎｍ、非晶質珪素膜５５ｎｍ成膜した後、酢酸ニッケル水溶液（重量換算濃度１０ｐｐｍ、体積５ｍｌ）をスピンコート法にて表面に塗布した。続いて、温度５００℃の窒素雰囲気で１時間加熱し、更に、連続的に温度５５０℃、または、温度５７５℃、または、温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱し、多結晶珪素膜を形成した。前記多結晶珪素膜を光学顕微鏡の明視野透過モードで５００倍で観察したものを図８に示す。図８（ａ）には５５０℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写真を、図８（ｂ）には５７５℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写真を、図８（ｃ）には６００℃で加熱し得られた多結晶珪素膜の写真をそれぞれ示す。
【００２４】
図８（ａ）〜（ｃ）に、図２（ａ）に行ったものと同様の画像処理を行い、多結晶珪素膜を非晶質領域と結晶化領域に分離した。加熱温度と、珪素膜全面積に対する前記非晶質領域の総面積の割合との関係を図９に示す。図９（ａ）より、加熱温度が高くなる程、非晶質領域は観察されなくなることが分かる。特に、６００℃で加熱し得られた多結晶珪素膜においては、光学顕微鏡（５００倍、明視野透過モード）での観察で、非晶質領域はほとんど見られなかった。
【００２５】
また、前記画像処理により分離した非晶質領域の各々の面積を確率統計分布図にしたものを図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）中の○は加熱温度５５０℃、△は５７５℃、×は６００℃で処理したものの確率統計分布を示している。図９（ｂ）より、５５０℃で加熱したものと５７５℃で加熱したものには０．３μｍ2以上の非晶質領域が存在しているが、６００℃で加熱したものには０．３μｍ2以上の非晶質領域は存在していない。
【００２６】
それぞれの加熱温度で得られた多結晶珪素膜に対してレーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行なう。前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製してｎチャネル型ＴＦＴの電気的特性を測定したものを図１０、１１に示す。図１０ （ａ）
〜（ｄ）は温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度５５０℃の窒素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の分布を示した。図１０（ｅ）〜（ｈ）は温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度５７５℃の窒素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の分布を示した。図１１（ａ）〜（ｄ）は温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱し得られたＴＦＴの電気的特性の分布を示した。
図１０（ａ）、図１０（ｅ）、図１１（ａ）はレーザのエネルギー密度に対するＶｔｈを示し、図１０（ｂ）、図１０(f)、図１１(b)はレーザのエネルギー密度に対するＳ値を示し、図１０（ｃ）、図１０（ｇ）、図１１（ｃ）はレーザのエネルギー密度に対するＳｈｉｆｔを示し、図１０（ｄ）、図１０（ｈ）、図１１（ｄ）はレーザのエネルギー密度に対する移動度を示している。ここでＳｈｉｆｔとは、ドレイン電流の立ち上がるときのゲート電圧値のこととする。
【００２７】
図１０、１１を比較すると、温度５００℃の窒素雰囲気で１時間、更に連続的に温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱して得られた多結晶珪素膜を基に作製されたＴＦＴの電気的特性がレーザのエネルギー変動に対して最も敏感に影響を受けていることが分かる。つまり、図９、１１より、加熱処理後の多結晶珪素膜中に非晶質領域がほとんどないと、レーザのエネルギー変動によって電気的特性が大きく変動する。このように、図９で示した加熱温度６００℃で得られた多結晶珪素膜に非晶質領域がほとんどないことと、図１０、図１１に示したレーザのエネルギー条件によってＴＦＴの電気的特性が比較的大きく変動することとで相関が取れていることがわかる。
【００２８】
以上に述べたように、非晶質珪素膜に対する加熱処理後、結晶化しなかった非晶質領域の総面積とＴＦＴの電気的特性に相関があることが分かる。また、結晶化しなかった非晶質領域の各々の面積とＴＦＴの電気的特性に相関があることが分かる。本発明は課題を解決するために、以下の手段を用いて、結晶質珪素膜を得る。非晶質珪素膜上に前記非晶質珪素膜の結晶化あるいは結晶性の向上を助長する金属元素を導入し、前記非晶質珪素膜に加熱処理を行い、結晶化させる。
【００２９】
具体的には、プラズマ処理や蒸着、スパッタ法、イオン注入、溶液塗布等を利用して前記非晶質珪素膜上に微量な元素（結晶化を助長する金属元素）を導入し、加熱処理を行って前記非晶質珪素膜を結晶化させる。特に本発明では前記加熱処理に於いて、前記非晶質珪素膜全面を結晶化させるのではなく、１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、１．０〜８．０％、好ましくは１．０〜６．０％となる多結晶珪素膜を作製することが重要である。すなわち、１つのＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９％、好ましくは、９４〜９９％が結晶化している多結晶珪素膜を作製することが重要である。このことは、電気的特性の向上のために極めて重要である。但し、前記ＴＦＴの活性層となる領域は、前記金属元素を導入した領域からその周辺へと結晶成長が行われた領域内に作製されるものとする。
【００３０】
前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が活性層となる領域の面積に対し、１．０〜８．０％、好ましくは１．０〜６．０％であることが望ましいとした根拠について説明する。まず、下限値を１．０％としたことについて説明する。温度５７５℃の窒素雰囲気で４時間加熱した後の非晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積の１．７５％であり、温度６００℃の窒素雰囲気で４時間加熱した後の非晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積に対して０．００％であった。
【００３１】
また、図１１より、温度６００℃で加熱処理した多結晶珪素膜をレーザアニールし、前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製したときの電気的特性はレーザアニール時のレーザのエネルギー変動に大きく影響を受けている。現存するレーザアニールに適したレーザ発振器は、レーザのエネルギー変動が大きく、作製する半導体装置によっては歩留まりの低下の原因となっている。よって、レーザのエネルギー変動に対し、ＴＦＴの電気的特性が敏感に変動する珪素膜は、特に量産に適さない。
【００３２】
そのため、加熱処理後の非晶質領域の総面積は多結晶珪素膜の全面積の１．０％以上が必要である。さらに、局所的に前記多結晶珪素膜の表面観察を行っても、観察領域に対し非晶質領域の総面積が１．０％以上となるのが望ましい。そこで、最小観察領域を１つのＴＦＴの活性層となる領域をとし、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積は前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対して１．０％以上とするとした。
【００３３】
次に、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、上限値を８．０％、好ましくは６．０％としたことについて説明する。温度５５０℃の窒素雰囲気で４時間加熱処理した後の非晶質領域の面積は多結晶珪素膜の全面積の９．２５％であり、温度５５０℃の窒素雰囲気で８時間加熱処理した後の非晶質領域の面積は多結晶珪素膜の全面積の５．６３％であった。図７より、４時間加熱処理した多結晶珪素膜にレーザアニールを行い、前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製したときの電気的特性はばらつきが大きくなることから、上限を８．０％、好ましくは６．０％とした。ここでも、下限値を決定した場合と同様の理由で、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積を対象とする。
【００３４】
また、多結晶珪素膜の有する非晶質領域の面積が１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積が０．３０μｍ2以上である前記多結晶珪素膜にレーザアニールし、これを基にＴＦＴを作製すると、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきが本実験において最小になった。これを本発明の特徴の１つとする。
【００３５】
前記非晶質領域の面積の上限を１０．０μｍ2としたのは、図７で示したように、１０．０μｍ2以上の非晶質領域を有する多結晶珪素膜をレーザアニールし、これを基にＴＦＴを作製した場合の、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきが非常に大きくなっているためである。前記非晶質領域の少なくとも１つの面積が０．３０μｍ2以上であることを本発明の特徴とした理由は、図１０、図１１で示したように、加熱処理後に０．３０μｍ2以上の面積の非晶質領域が全くなくなった多結晶珪素膜にレーザアニールを行った場合、レーザのエネルギー変動によってＴＦＴの電気的特性が大きく変化するからである。現存するレーザアニールに適したレーザ発振器は、レーザのエネルギー変動が大きく、作製する半導体装置によっては歩留まりの低下の原因となっている。よって、レーザのエネルギー変動に対し、ＴＦＴの電気的特性が敏感に変動する工程は、特に量産に適さない。
【００３６】
上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜を基に、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、光センサ等があるが、いずれも前記非晶質珪素膜を基に作製出来る。
【００３７】
上記では、非晶質珪素膜を加熱により結晶化する方法を最適化した。次に、加熱により結晶化した多結晶珪素膜をレーザアニールする方法を最適化する。図１２に多結晶珪素膜と非晶質珪素膜の吸収係数の波長依存性を示す。非単結晶珪素膜のレーザアニールによく用いられるエキシマレーザの波長域（３５１ｎｍ以下）
では、多結晶珪素膜と非晶質珪素膜とは、互いに高い吸収係数を有する。これが多結晶珪素膜や非晶質珪素膜のレーザアニールにエキシマレーザがよく用いられる理由である。
【００３８】
前記金属元素を添加した加熱処理のみで得られた多結晶珪素膜を使ってＴＦＴを作製した場合は、前記金属元素を添加した加熱処理後にさらにレーザアニール処理をした多結晶珪素膜を使ってＴＦＴを作製した場合と比較して、高い電気的特性をもつＴＦＴが得られない。たとえば、本明細書に記載した実験にて６００℃の加熱温度で得られた多結晶珪素膜には、外見上ほとんど非晶質領域が残っていなかったが、これを基にＴＦＴを作製しても、高い電気的特性のものが得られていない。以上のことから、６００℃以下の低い温度での１２時間以下の加熱処理のみでは、たとえ本明細書に記載した結晶化を助長する金属元素を使い、見かけ上ほとんど結晶化したとしても微少な非晶質部分が残っており、それが原因で高い電気的特性が出ないと推測できる。
【００３９】
図３５（ａ）に、厚さ５５ｎｍの非晶質珪素膜に重量換算で濃度１０ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液をスピンコート法にて添加し、５５０℃の窒素雰囲気にて４時間加熱したもののＳＥＭ写真を示す。図３５（ｂ）には図３５（ａ）で示した珪素膜に、さらに波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザをエネルギー密度４００ｍＪ/ｃｍ2にて照射し、レーザアニールしたもののＳＥＭ写真を示す。前記４００ｍＪ/ｃｍ2の条件は最も高い電気的特性をもつＴＦＴを得るために最適化している。図３５の写真では、表面の状態が判りにくいので、適当な画像処理により表面状態を強調したものを図３６に示す。図３５（ａ）、（ｂ）の写真は、それぞれ図３６（ａ）、（ｂ）に対応している。
【００４０】
図３６をみて判るように、加熱処理のみを行い得られた多結晶珪素膜の表面には、不定形の連続的な結晶化領域中に非晶質領域（図中、島状に見える領域）が点在する様子が見られる。一方、加熱処理に加えレーザアニールを行い得られた多結晶珪素膜の表面には、深い溝のようなものに囲まれた粒が多数見られた。前記深い溝は、多結晶珪素膜に含まれる単結晶の粒の境界である。前記境界においては、単結晶が不連続に互いに接しており、これがＴＦＴの電気的特性を低下させる要因となっている。一方、加熱処理のみを行い得られた多結晶珪素膜表面には目立った境界は見られず、結晶化領域が連続的につながっており、隙間を埋めるように非晶質領域が点在する状態となっている。このような状態をもつ非単結晶珪素膜は、単結晶の粒同士の境界がはっきりしないので単結晶が多数存在する状態とは異なるが、便宜上、本明細書中では、多結晶珪素膜と称するとする。
【００４１】
前述した通り、非晶質珪素膜の加熱処理のみでは、十分に高い電気的特性の多結晶珪素膜は得られなかった。その理由として、加熱処理のみでは、得られる多結晶珪素膜中の非晶質領域を完全に消すことができないことがあげられる。加熱処理の後にレーザアニールを行い得られる多結晶珪素膜の電気的特性が高いのは、加熱処理の後に残った前記非晶質領域をレーザアニールにより結晶化しているからである。
【００４２】
しかしながら、加熱処理により得られた多結晶珪素膜に、従来よく用いられるエキシマレーザを使ってレーザアニールすると、レーザビームが加熱処理により結晶化した部分にまで十分に吸収されるので、加熱処理による結晶化の履歴がほとんど消えてしまった。すなわち、加熱処理により得られた多結晶珪素膜は、エキシマレーザによるレーザアニールによりほぼ完全に溶融して、しかる後に結晶化した。これによって、加熱処理により形成されていた単結晶の粒同士の境界がはっきりしない多結晶珪素膜の形状が完全に消失した。
【００４３】
前述したように、多結晶珪素膜中の単結晶の粒同士の境界がはっきりしないものを用いた方が、高い電気的特性をもつＴＦＴを得られる可能性が高い。よって、前記加熱処理によって得られた結晶化領域が連続的につながっている多結晶珪素膜に含まれる非晶質領域のみにエネルギーを与えることができれば、前記加熱処理でできた連続的につながっている結晶化領域の形状を崩さずに前記非晶質領域のみを結晶化させることができる。
【００４４】
本発明者は、多結晶珪素と非晶質珪素の吸収係数の波長依存性に着目し、多結晶珪素膜に含まれる非晶質領域に主にエネルギーを与える方法を考案した。すなわち、結晶化領域と比較して、非晶質領域により多くのエネルギーが与えられる波長の領域をもつレーザビームを、レーザアニールの手段に用いれば、非晶質領域のみを主にレーザアニールすることが可能となる。このようなことを可能にするレーザビームの波長域は、図１２から判るように、３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６００ｎｍの範囲にある。前記範囲は、レーザビームの照射対象が、非晶質領域を有する多結晶珪素膜である場合にのみ有効な範囲である。よって、照射対象となる半導体膜が異なれば、前記範囲は新たに設定しなければならない。本発明は、珪素膜のみでなく他の半導体膜に対しても応用できることは容易に推測できる。
【００４５】
非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を用いる場合、加熱処理により生じる多結晶珪素膜の有する連続的な結晶化領域の構造を残したまま、レーザアニールを行うためには、用いるレーザビームの波長を３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６００ｎｍの範囲とすることが必須である。
【００４６】
上記の波長範囲にあるレーザビームには、ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調波、Ａｒレーザ、ＹＬＦレーザの第２高調波、ＹＶＯ4レーザの第２高調波等がある。そのうち特に大出力のレーザビームが得られるものは、ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調波等がある。
【００４７】
上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜を用いて、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード、光センサ等があるが、いずれも前記多結晶珪素膜を基に作製出来る。
【００４８】
本明細書で開示する本発明の作製方法の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、 前記第１の多結晶半導体膜のＴＦＴの活性層となる領域は、９２〜９９％が結晶化していることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００４９】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９２〜９９％が結晶化し、前記第２の多結晶半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５０】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、 前記第１の多結晶半導体膜のＴＦＴの活性層となる領域は、９４〜９９％が結晶化していることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５１】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する第１の工程と、 加熱処理により前記非晶質半導体膜を部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する第２の工程と、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜を形成する第３の工程と、を有し、 前記第１の多結晶半導体膜は、ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９４〜９９％が結晶化し、前記第２の多結晶半導体膜は、前記ＴＦＴの活性層となる領域に於いて９９％以上結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５２】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法の作製方法である。
【００５３】
本発明の作製方法の他の１つは、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、前記非晶質半導体膜を加熱処理により部分的に結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成する工程と、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して第２の多結晶半導体膜とする工程と、を有し、前記第１の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５４】
上記の発明において、前記波長は４００〜６００nmであると、非晶質珪素膜と多結晶珪素膜との吸収係数の差がより大きくなるので好ましい。
【００５５】
上記発明において、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００５６】
上記発明において、前記金属元素は、８族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ族、５Ｂ族元素から選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００５７】
上記発明において、前記レーザビームは、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかであると所望の波長のレーザビームが得られる。
【００５８】
上記発明において、前記レーザビームは、ＹＡＧレーザの第２高調波、ガラスレーザの第２高調波、ＹＶＯ4レーザの第２高調波、ＹＬＦレーザの第２高調波のいずれかであると所望の波長のレーザビームが得られる。
【００５９】
上記発明において、前記半導体装置は、液晶表示装置、または発光装置とすることができる。
【００６０】
上記発明において、前記半導体装置は、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレイヤー、電子書籍、または携帯型情報端末とすることができる。
【００６１】
本発明の構成を以下に示す。
【００６２】
本明細書に開示する本発明の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、 加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域の９２〜９９％を結晶化させて第１の多結晶半導体膜を形成させ、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６３】
本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、 加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、 前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６４】
本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域における非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６５】
本発明の他の構成は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理によりＴＦＴの活性層となる領域における非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜をＴＦＴの活性層としたことを特徴とする半導体装置である。
【００６６】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が３６０〜６５０ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜であることを特徴とする半導体装置である。
絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作製方法は、実施例にて詳しく記載した。
【００６７】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入させ、 加熱処理により、ＴＦＴの活性層となる領域の９４〜９９％を結晶化させた第１の多結晶半導体膜を形成させ、前記第１の多結晶半導体膜に波長が４００〜６００ｎｍのレーザビームを照射して形成させた第２の多結晶半導体膜であることを特徴とする半導体装置である。
【００６８】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む化合物を添加し、加熱処理を行い部分的に結晶化させ得られる第一の多結晶半導体膜に、レーザビームを照射し得られる第二の多結晶半導体膜であり、前記第一の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であり、前記レーザビームの波長は、３６０〜６５０ｎｍであることを特徴とする半導体装置である。絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作製方法は、実施例にて詳しく記載した。
【００６９】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半導体膜は、非晶質半導体膜に前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する金属元素または前記金属元素を含む化合物を添加し、加熱処理を行い部分的に結晶化させ得られる第一の多結晶半導体膜に、レーザビームを照射し得られる第二の多結晶珪素膜であり、前記第一の多結晶半導体膜の有する非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上であり、前記レーザビームの波長は、４００〜６００ｎｍであることを特徴とする半導体装置である。絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作製方法は、実施例にて詳しく記載した。
【００７０】
上記発明において、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂから選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００７１】
上記発明において、前記金属元素は、８族、１Ｂ族、３Ｂ族、４Ｂ族、５Ｂ族元素から選ばれた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好に行われるのでよい。
【００７２】
上記発明において、前記半導体装置は、液晶表示装置、または発光装置とすることができる。
【００７３】
上記発明において、前記半導体装置は、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ゴーグル型ディスプレイ、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレイヤー、電子書籍、または携帯型情報端末とすることができる。
【発明の効果】
【００７４】
非晶質半導体膜に加熱により結晶化あるいは結晶性の向上を行うとき、加熱処理により部分的に結晶化させ得られる非晶質領域の任意の一塊の面積が１０．０μｍ2以下であり、かつ０．３０μｍ2以上の前記一塊が存在する状態とすることで、ＴＦＴの電気的特性の向上とばらつきの制御が可能になった。また、非晶質領域の総面積は半導体膜の総面積に対して、２．０〜８．０％、好ましくは２．０〜６．０％にするのが望ましい。
【００７５】
また、非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を用いる場合、非晶質珪素膜に結晶化あるいは結晶性向上のための加熱処理を行った後、レーザアニールを施す際の波長を３６０〜６５０ｎｍ、好ましくは４００〜６００ｎｍに限定すると、非晶質珪素膜の吸収係数は多結晶珪素膜の吸収係数より高いので、出来るだけ結晶化した領域を冒すことなく、結晶化を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時間行った写真。 （ｂ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で８時間行った写真。 （ｃ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で１２時間行った写真。
【図２】（ａ）光学顕微鏡にて明視野透過モードで表面を観察した写真。 （ｂ）図 ２（ａ）のＲ（赤）に分離した写真。
【図３】（ａ）図 ２（ａ）のＧ（緑）に分離した写真。 （ｂ）図 ２（ａ）のＢ（青）に分離した写真。
【図４】図２（ａ）の各モードの階調（濃度）ヒストグラム。
【図５】（ａ）図 ３（ａ）を２階調化した写真。 （ｂ）非晶質領域と結晶化領域を説明した図。
【図６】（ａ）図１の非晶質部分の各塊の面積の比率。 （ｂ）図１の非晶質領域の確率統計分布図。
【図７】（ａ）加熱処理時間を振った場合のＶｔｈの確率統計分布図。 （ｂ）加熱処理時間を振った場合のＳ値の確率統計分布図。 （ｃ）加熱処理時間を振った場合の移動度の確率統計分布図。
【図８】（ａ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時間行った写真。 （ｂ）非晶質珪素膜に加熱処理５７５℃で４時間行った写真。 （ｃ）非晶質珪素膜に加熱処理６００℃で４時間行った写真。
【図９】（ａ）図８の非晶質部分の各塊の面積の比率。 （ｂ）図８の非晶質領域の確率統計分布図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）非晶質珪素膜に加熱処理５５０℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行ったときの電気的特性の分布図。 （ｅ）〜（ｈ）非晶質珪素膜に加熱処理５７５℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行ったときの電気的特性の分布図。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）非晶質珪素膜に加熱処理６００℃で４時間行い、レーザのエネルギーを振ってレーザアニールを行ったときの電気的特性の分布図。
【図１２】非晶質珪素膜と多結晶珪素膜の波長に対する吸収係数の変化を示す図。
【図１３】線状ビームを形成する光学系の一例。
【図１４】ガルバノメータとf-θ レンズを用いた光学系の一例。
【図１５】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１６】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１７】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１８】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１９】駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す上面図。
【図２０】駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す断面図。
【図２１】駆動回路のＴＦＴの構成を示す断面図。
【図２２】画素ＴＦＴの構成を示す断面図。
【図２３】画素部の画素を示す上面図。
【図２４】アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図２５】液晶表示装置の入出力端子、配線、回路配置、スペーサ、シール剤の配置を説明する上面図。
【図２６】液晶表示装置の構造を示す斜視図。
【図２７】アクティブマトリクス型表示装置の回路構成を説明するブロック図。
【図２８】発光装置の構造を示す上面図及び断面図。
【図２９】発光装置の画素部の断面図。
【図３０】発光装置の画素部の上面図と回路図。
【図３１】発光装置の画素部の回路図の例。
【図３２】半導体装置の例を示す図。
【図３３】半導体装置の例を示す図。
【図３４】半導体装置の例を示す図。
【図３５】多結晶珪素膜の表面のSEM写真を示す図。
【図３６】多結晶珪素膜の表面のSEM写真を画像処理し、表面の模様を強調した図。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
非晶質珪素膜を加熱処理により部分的に結晶化させ、１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が、前記１つのＴＦＴの活性層となる領域に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を作製する方法について説明する。まず基板として、厚さ０．７ｍｍ、５インチ角のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマＣＶＤ装置を用いて、厚さ２００ｎｍの窒化酸化珪素膜を成膜し、窒化酸化珪素膜表面に厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。
前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を重量換算で１０ｐｐｍ含有させた溶液（体積５ｍｌ）を塗布し、基板を温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲気で4時間の加熱を行った。
【００７８】
前記加熱処理により１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積は前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し、１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得た。また、前記非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である。上記の結晶化の諸条件は所望の多結晶珪素膜を得るための目安である。
実施者は本発明が示す範囲に非晶質領域の面積が入るように諸条件を最適化しなければならない。
【００７９】
次に、例えば図１３に示す光学系を用いてレーザ発振器から出たレーザビームを線状ビームに加工してレーザアニールを行う。光学系の詳細は実施例１にて示す。また、出力の比較的小さなレーザ発振器を使う場合は、例えば長さ１０．０ｃｍ以上の線状ビームに加工するにはエネルギー密度が十分でないため、照射対象を配置する面にてレーザビームを十分に集光して、基板全面を網羅するようにして照射する。前記照射方法として、例えばガルバノメータとf-θレンズを用いて照射する方法がある。出力の比較的小さなレーザ発振器が出すレーザビームの例に、ＹＶＯ4レーザ（第２高調波）、ＹＬＦレーザ（第２高調波）、Ａｒレーザ等が挙げられる。その後、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。
【００８０】
また、出力の小さなレーザ発振器を使う場合は、例えば長さ１０．０ｃｍの線状ビームに加工するにはエネルギー密度が十分でないため、基板全面を点光源で網羅するようにして照射する。その手段として、例えばガルバノメータを用いて照射する方法がある。前記方法の光学系の一例を図１４に示す。前記光学系を用いる際の現時点で代表的なレーザ発振器としてはＡｒレーザ等が挙げられる。その他、出力の比較的小さなレーザ発振器が出すレーザビームの例に、ＹＶＯ4レーザ（第２高調波）、ＹＬＦレーザ（第２高調波）等がある。
【００８１】
以上のような方法で非晶質領域を有する多結晶珪素膜にレーザアニールを行う。
前記多結晶珪素膜を基にＴＦＴを作製すると、前記ＴＦＴの電気的特性のばらつきは少なくなる。
【００８２】
本実施形態では、非晶質半導体膜の例として非晶質珪素膜を用いた場合を記述したが、非晶質珪素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本発明の本質に何ら影響しない。
【実施例１】
【００８３】
本実施例は本発明のレーザアニール工程において、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いてレーザアニールを行う場合について説明する。
【００８４】
基板として、厚さ０．７ｍｍ、５インチ角のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマＣＶＤ装置を用いて、厚さ２００ｎｍの窒化酸化珪素膜を成膜し、窒化酸化珪素膜表面に厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を含有させた溶液を塗布する。前記溶液として、例えば酢酸ニッケル溶液を用いる場合、前記酢酸ニッケル溶液（重量換算濃度１０ｐｐｍ、体積５ｍｌ）をスピンコートにより膜上全面に塗布する。
【００８５】
次に、基板に対し、温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に温度５５０℃の窒素雰囲気に４時間の加熱を行った。前記加熱処理により部分的に結晶化させ１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得る。また、前記非晶質領域の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である。上記の結晶化の諸条件は所望の多結晶珪素膜を得るための目安である。実施者は本発明が示す範囲に非晶質領域の総面積が入るように諸条件を最適化しなければならない。
【００８６】
前記多結晶珪素膜中に残留する微小な非晶質領域を結晶化させるため、前記多結晶珪素膜に対し、ＹＡＧレーザの第2高調波（波長５３２ｎｍ）を照射する。図１２に示すように、ＹＡＧレーザの第２高調波においては、非晶質珪素の吸収係数の方が多結晶珪素のそれより十分高いため、前記加熱処理によって得られた多結晶珪素膜に含まれる非晶質領域のみにエネルギーを与えることができる。すなわち、前記加熱処理でできた連続的につながっている結晶化領域の形状を崩さずに前記非晶質領域を結晶化することができる。
【００８７】
本実施例では、ＹＡＧレーザの第２高調波を、被照射面において線状に加工したレーザビームを使い、前記多結晶珪素膜をレーザアニールする例を示す。被照射面において線状にレーザビームを加工するための光学系は、図１３にて示したものとする。
【００８８】
高い透過率、高い耐レーザ性を得るためには、上記光学系の母材は例えばすべて石英とするとよい。また、コーティングは、使用するレーザビームの波長（本実施例の場合は５３２ｎｍである。）に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するとよい。
【００８９】
図１３は被照射面に於いてレーザビームの形状を線状に加工するための光学系の構成の例である。この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光学系は図１３の構成に準じている。この構成は、被照射面に於けるレーザビームの形状を線状に変換するだけでなく、同時に、被照射面に於けるレーザビームのエネルギー均質化を果たすものである。
【００９０】
まず、図１３の側面図について説明する。レーザ発振器１００１から出たレーザビームは、シリンドリカルアレイレンズ１００２ａと１００２ｂにより、レーザビームの進行方向に対し直角方向に分割される。前記方向を本明細書中では、縦方向と呼ぶことにする。前記縦方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、４分割となっている。これらの分割されたレーザビームは、シリンドリカルアレイレンズ１００４により、いったん１つのレーザビームにまとめられる。ミラー１００７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ１００８により、被照射面１００９にて再び１つのレーザビームに集光される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを言う。これにより、線状ビームの幅方向のエネルギー均質化がなされ、幅方向の長さが決定される。
【００９１】
次に、図１３の上面図について説明する。レーザ発振器１００１から出たレーザビームは、シリンドリカルアレイレンズ１００３により、レーザビームの進行方向に対して直角方向で、かつ、縦方向に対して直角方向に分割される。該方向を本明細書中では、横方向と呼ぶことにする。前記横方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、７分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ１００５にて、レーザビームは被照射面１００９にて1つに合成される。これにより、線状ビームの長手方向のエネルギーの均質化がなされ、また前記線状ビームの長さが決定される。前記光学系を用いる際は、出力の大きいYAGレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）や、ガラスレーザの第２高調波（波長５３０nm）等を用いる。
【００９２】
上述で説明したように、シリンドリカルレンズアレイ１００２aとシリンドリカルレンズアレイ１００２ｂとシリンドリカルレンズアレイ１００３とがレーザビームを分割するレンズとなる。これらの分割数や、レーザ発振器から出るレーザビームのエネルギー分布により、被照射面にて得られるレーザビームの均一性が決まる。
【００９３】
線状のレーザビームをそのレーザビームの幅方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、例えば非単結晶珪素膜全面に対しレーザアニールを行って結晶化させたり、結晶性を向上させることができる。
【００９４】
レーザ発振器は、非線形光学素子により第２高調波を発生させたＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ、パルス幅７ｎｓ）を使用する。前記レーザ発振器はパルス発振のレーザビームを発し、１パルスあたり８００ｍＪのエネルギーを出す能力を持っている。レーザビームの形状は円状であり、レーザビームの出口でのサイズは直径９ｍｍ（半値幅）である。レーザビームの出口は、本明細書中ではレーザ発振器からレーザビームが出た直後における、レーザビームの進行方向に垂直な平面で定義する。
【００９５】
レーザビームの強度は、レーザビームの中央ほど強いガウシアンの分布を示す。
前記レーザビームのサイズは、図１３に示した光学系により、エネルギー分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状のレーザビームに変換される。
【００９６】
一般的に、非単結晶珪素膜に対し線状ビームを照射する場合、レーザビームのパルス間の重ね合わせのピッチは線状ビームの幅（半値幅における幅）の１／１０前後が最も適当である。これにより、より高い均一性で前記非単結晶珪素膜のレーザアニールを行うことができる。上記の例では、前記幅が０．４ｍｍであるので、レーザ発振器のパルス周波数を３０Ｈｚ、照射対象である非単結晶珪素膜を配置するステージの走査速度を１．０ｍｍ／ｓとし、レーザビームを照射する。
このとき、レーザビームの被照射面におけるエネルギー密度は５００ｍＪ／ｃｍ2とする。これまで述べた方法は線状ビームを使って半導体膜を結晶化するために用いられる極めて一般的なものである。
【００９７】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、Ｓ値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例２】
【００９８】
本実施例では、非晶質珪素膜に対し加熱処理を行った後、ＹＶＯ4レーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いてレーザアニールを行う場合の例について説明する。ＹＶＯ4レーザは、レーザビームの質が高いのが特徴で、レーザビームの質を表す１つの指標であるＭ2が１に非常に近い。しかしながら、現在、ＹＶＯ4レーザの第２高調波で得られるレーザビームのエネルギーは高くても１パルスあたり０.１ｍＪ程度であるため、ほとんど点光源に絞る必要がある。ＹＶＯ4レーザのレーザビームの質は非常に高いので、適当な凸レンズを用いて集光すれば、非常に小さな点光源とすることができる。ＹＶＯ4レーザの第２高調波はパルスレーザであり、２００００Hzの周波数で発振させることができる。
【００９９】
実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終えた多結晶珪素膜に対し、ＹＶＯ4レーザの第２高調波のレーザビームを照射し、レーザアニールする例を図１４に沿って説明する。
【０１００】
図１４において、レーザ発振器１４０１から出るレーザビームはビームエキスパンダ１４０２により、非晶質領域を結晶化するに足るエネルギー密度をもつレーザビームに変換される。ビームエキスパンダは一般にビームの大きさを大きくするものであるが、本実施例の場合、所望のエネルギー密度によっては、ビームを小さくする方向で用いてもよい。前記レーザビームは更にガルバノメータ１４０３、f-θシリンドリカルレンズ１４０４を経て基板１４０５に達している。ガルバノメータ１４０３が振動することにより、ガルバノメータのミラーの角度が時間変化し、基板上でのレーザビームの位置が１４０７で示した矢印の方向へ移動する。ガルバノメータが半周期振動すると、基板の幅の端から端までレーザビームが移動するように調整されている。このとき、基板上でのレーザビームの位置が移動しても、レーザビームのエネルギー密度が基板上で常に一定になるようにf-θシリンドリカルレンズ１４０４は調整されている。ガルバノメータが半周期振動すると、基板の幅の端から端までレーザビームが移動する。これにより、レーザビームの照射された部分がレーザアニールされる。レーザビームはパルス発振であるから、アニール位置が断続的にならないように、ガルバノメータの振動の速度を調整する。その後、ステージが１４０８で示した矢印の方向に移動して、再び基板上で１４０７で示した方向へのレーザビームの移動が始まる。これらの動作を繰り返させることにより、基板全面をレーザアニールすることができる。すなわち、ガルバノメータの回転による照射位置の移動とステージの移動とを繰り返すことで基板全面にレーザが照射される。
【０１０１】
図１２に示すように、ＹＶＯ4レーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）においては、非晶質珪素の方が多結晶珪素より吸収率が十分高いため、加熱処理によって得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うことが出来る。
【０１０２】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記TFTの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例３】
【０１０３】
本実施例では、非晶質珪素膜に対し加熱処理を行った後、ＹＬＦレーザの第２高調波（波長５２７ｎｍ）を用いてレーザアニールを行う場合の例について説明する。ＹＬＦレーザの第２高調波は、レーザビームの出口でのサイズを直径５ｍｍ程度にできる。よって、レーザビームの形状やエネルギー密度を調整することは、他の点光源に近いレーザビームと比較し、遙かに容易である。しかしながら、現在、ＹＬＦレーザの第2高調波で得られるレーザビームのエネルギーは高くても１パルスあたり２０ｍＪ程度であるため、被照射面にて直径２ｍｍ程度、もしくはそれ以下のサイズにレーザビームを絞り込まねば、非晶質領域を結晶化させるのに十分なエネルギー密度は得られない。また、現存するYLFレーザのパルス発振の周波数はｋＨｚオーダーまで達している。
【０１０４】
実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終えた多結晶珪素膜に対し、ＹＬＦレーザの第２高調波のレーザビームを照射する。照射の方法は、例えば、実施例２に示した方法に沿って行えばよい。ＹＬＦレーザの周波数は、例えば１ｋＨｚ程度であるので、その周波数に合わせガルバノメータの振動の速度を調整する必要がある。
【０１０５】
図１２に示すように、ＹＬＦレーザの第2高調波（波長５２７ｎｍ）においては、非晶質珪素の方が多結晶珪素より吸収率が高いため、加熱処理によって得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うことが出来る。
【０１０６】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例４】
【０１０７】
本実施例では、非晶質珪素膜に対し加熱処理を行った後、Ａｒレーザを用いてレーザアニールを行う場合の例について説明する。Ａｒレーザは、連続発光のものとパルス発振のものがあり、本実施例においては、連続発光のものを使う。パルス発振のＡｒレーザを用いても、本発明の本質にはなんら影響をもたらさない。
パルス発振ではなく連続発光のレーザを使う利点は、レーザビームを高速で移動させても、レーザアニールの均一性が失われないことにある。パルス発振のレーザビームにおいては、レーザビームをあまりに高速で移動させると、パルス間で隣り合うレーザビーム同士が分離する。これによりレーザアニールの均一性が失われる。現在、連続発光のＡｒレーザで得られるレーザビームのエネルギーは２０Ｗ程度であるため、被照射面にて直径数十μｍ程度のサイズにレーザビームを絞れば、非晶質領域を結晶化するに足るエネルギーが得られる。
【０１０８】
実施例１で示した非晶質珪素膜の結晶化工程において、レーザアニールをする前の加熱工程まで終えた多結晶珪素膜に対し、Ａｒレーザを照射する。照射の方法は、例えば、実施例２に示した方法に沿って行えばよい。本実施例にて使用するＡｒレーザは、連続発光であるから、照射対象である多結晶珪素膜のレーザアニールが十分に行えるように、ガルバノメータの振動の速度を調整する必要がある。ガルバノメータがある速度以上で振動した場合、多結晶珪素膜に与えられるレーザエネルギーが不十分となるからである。
【０１０９】
Ａｒレーザの強い発振波長は４８８．０ｎｍと５１４．５ｎｍであり、これらの波長においては、図１２に示すように非晶質珪素の方が多結晶珪素より吸収率が十分に高いため、加熱処理によって得られた多結晶珪素膜が有する連続的な結晶化領域の形状を崩すことなく、非晶質領域の結晶化を行うことが出来る。
【０１１０】
このようにして作製された多結晶珪素膜を用いて、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記TFTの電気的特性は良好であり、特に移動度が高く、Ｓ値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例５】
【０１１１】
本実施例は非晶質珪素膜を結晶化させるときの加熱温度を575℃にした場合について説明する。
【０１１２】
実施例１と同様の方法でＳｉＯ2膜、非晶質珪素膜を成膜し、前記非晶質珪素膜上に結晶化を助長する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基板に対し、温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に連続的に温度５７５℃の窒素雰囲気に１時間の加熱を行う。これにより前記非晶質珪素膜は多結晶珪素膜に変化する。前記多結晶珪素膜は非晶質領域を含んでいる。
【０１１３】
前記加熱処理により部分的に結晶化させ１つのＴＦＴの活性層となる領域の中に含まれる非晶質領域の総面積が前記１つのＴＦＴの活性層となる領域の面積に対し１．０〜８．０％となる多結晶珪素膜を得る。また、前記非晶質領域の各々の面積は１０．０μｍ2以下であり、前記非晶質領域の少なくとも１つの面積は０．３０μｍ2以上である。上記の結晶化の諸条件は所望の多結晶珪素膜を得るための目安である。実施者は本発明が示す範囲に非晶質領域の総面積が入るように諸条件を最適化しなければならない。
【０１１４】
この後、実施例１〜実施例４にて示したレーザアニールの方法により、前記非晶質領域を結晶化させる。これにより得られた多結晶珪素膜を基に、例えば公知の方法や後の実施例で示す方法でＴＦＴを作製する。前記ＴＦＴの電気的特性は良好で、特に移動度が高く、S値の小さい電気的特性が得られ、しかもばらつきの少ない電気的特性を持つものが得られる。
【実施例６】
【０１１５】
本発明の実施例を図１５〜図１７に沿って説明する。ここでは、画素部の画素ＴＦＴおよび保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同時に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。
【０１１６】
図１５（Ａ）において、基板１０１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表される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などを用いる。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも１０〜２０℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。そして、基板１０１のＴＦＴを形成する表面に、基板１０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜１０２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜１０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂを５０〜２００nm（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。ここでは下地膜１０２を２層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させて形成しても良い。
【０１１７】
酸化窒化珪素膜は平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化珪素膜１０２ａは、ＳｉＨ4を１０SCCM、ＮＨ3を１００SCCM、Ｎ2Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとした。一方、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂは、ＳｉＨ4を５SCCM、Ｎ2Ｏを１２０SCCM、Ｈ2を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとした。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することができる。
【０１１８】
このようにして作製した酸化窒化珪素膜１０２ａは、密度が９．２８×１０22/cm3であり、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）の２０℃におけるエッチング速度が約６３nm/minと遅く、緻密で硬い膜である。このような膜を下地膜に用いると、この上に形成する半導体層にガラス基板からのアルカリ金属元素が拡散するのを防ぐのに有効である。
【０１１９】
次に、２５〜１００nm（好ましくは３０〜７０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体層１０３ａを、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの方法で形成する。
非晶質構造を有する半導体膜には、非晶質半導体層や微結晶半導体膜があり、非晶質珪素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。プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜を形成する場合には、下地膜１０２と非晶質半導体層１０３ａとは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化珪素膜１０２ａと酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2からＳｉＨ4とＨ2或いはＳｉＨ4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの電気的特性のバラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【０１２０】
そして、結晶化の工程を行い非晶質半導体層１０３ａから結晶質半導体層１０３ｂを作製する。その方法としてレーザアニール法や熱アニール法（固相成長法）、またはラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
前述のようなガラス基板や耐熱性の劣るプラスチック基板を用いる場合には、特にレーザアニール法を適用することが好ましい。ＲＴＡ法では、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどを光源に用いる。
或いは特開平７−１３０６５２号公報で開示された技術に従って、金属元素を用いる結晶化法で結晶質半導体層１０３ｂを形成することもできる。結晶化の工程ではまず、非晶質半導体層が含有する水素を放出させておくことが好ましく、４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い含有する水素量を前記非晶質半導体層に含まれる全原子数の５％以下にしてから結晶化させると膜表面の荒れを防ぐことができるので良い。
【０１２１】
また、プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜の形成工程において、反応ガスにＳｉＨ4とアルゴン（Ａｒ）を用い、成膜時の基板温度を４００〜４５０℃として形成すると、非晶質珪素層の含有水素濃度を前記非晶質半導体層に含まれる全原子数の５%以下にすることもできる。このような場合において水素を放出させるための熱処理は不要となる。
【０１２２】
結晶化をレーザアニール法にて行う場合には、エキシマレーザやYAGレーザ、アルゴンレーザ等をその光源とする。パルス発振型のエキシマレーザを用いる場合には、レーザ光を線状に加工してレーザアニールを行う。レーザアニール条件は実施者が適宣選択するものであるが、例えば、レーザーパルス発振周波数３０Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜５００mJ/cm2 (代表的には３００〜４００mJ/cm2)とする。そして線状ビームを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９８％として行う。このようにして図１５（Ｂ）に示すように結晶質半導体層１０３ｂを得ることができる。
【０１２３】
そして、結晶質半導体層１０３ｂ上に第１のフォトマスク（ＰＭ１）を用い、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストパターンを形成し、ドライエッチングによって結晶質半導体層を島状に分割し、図15（Ｃ）に示すように島状半導体層１０４〜１０８を形成する。結晶質珪素膜のドライエッチングにはＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いる。
【０１２４】
このような島状半導体層に対し、ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素を１×１０16〜５×１０17/cm3程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。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。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法（或いはイオンシャワードーピング法）を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ2Ｈ6）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特に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好適に用いる手法である。
【０１２５】
ゲート絶縁膜１０９a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。本実施例では、１２０nmの厚さで酸化窒化珪素膜から形成する。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この用途に対して好ましい材料となる。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＨ2とから作製する酸化窒化珪素膜はゲート絶縁膜との界面欠陥密度を低減できるので好ましい。勿論、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。例えば、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）
とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製された酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な電気的特性を得ることができる。
【０１２６】
そして、図15（Ｄ）に示すように、第１の形状のゲート絶縁膜１０９a上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層１１１を２００〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）の厚さで形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いし、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積層構造としても良い。本明細書でいう耐熱性導電層にはＴａ、Ｔｉ、Ｗから選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜が含まれる。これらの耐熱性導電層はスパッタ法やＣＶＤ法で形成されるものであり、低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良い。本実施例ではＷ膜を３００nmの厚さで形成する。Ｗ膜はＷをターゲットとしてスパッタ法で形成しても良いし、６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【０１２７】
一方、耐熱性導電層１１１にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、スパッタ時のガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きであった。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、Ｔａ膜の下地にＴａＮ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。また、図示しないが、耐熱性導電層１１１の下に２〜２０nm程度の厚さでリン（Ｐ）をドープした珪素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、耐熱性導電層１１１が微量に含有するアルカリ金属元素が第１の形状のゲート絶縁膜１０９aに拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、耐熱性導電層１１１は抵抗率を１０〜５０μΩcmの範囲ですることが好ましい。
【０１２８】
次に、第２のフォトマスク（ＰＭ２）を用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストによるマスク１１２〜１１７を形成する。そして、第１のエッチング処理を行う。本実施例ではＩＣＰエッチング装置を用い、エッチング用ガスにＣｌ2とＣＦ4を用い、１Paの圧力で３．２W/cm2のＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを形成して行う。基板側（試料ステージ）にも２２４mW/cm2のＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、これにより実質的に負の自己バイアス電圧が印加される。この条件でＷ膜のエッチング速度は約１００nm/minである。第１のエッチング処理はこのエッチング速度を基にＷ膜が丁度エッチングされる時間を推定し、それよりもエッチング時間を２０％増加させた時間をエッチング時間とした。
【０１２９】
第１のエッチング処理により第１のテーパー形状を有する導電層１１８〜１２３が形成される。テーパー部の角度は１５〜３０°が形成される。残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させるオーバーエッチングを施すものとする。Ｗ膜に対する酸化窒化珪素膜（第１の形状のゲート絶縁膜１０９a）の選択比は２〜４（代表的には３）であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化珪素膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされ第１のテーパー形状を有する導電層の端部近傍にテーパー形状が形成された第２の形状のゲート絶縁膜１０９bが形成される。
【０１３０】
そして、第１のドーピング処理を行い一導電型の不純物元素を島状半導体層に添加する。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程を行う。第１の形状の導電層を形成したマスク１１２〜１１７をそのまま残し、第１のテーパー形状を有する導電層１１８〜１２３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する。ｎ型を付与する不純物元素をゲート電極の端部におけるテーパー部とゲート絶縁膜とを通して、その下に位置する半導体層に達するように添加するためにドーズ量を１×１０13〜５×１０14/cm2とし、加速電圧を８０〜１６０ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いた。このようなイオンドープ法により第１の不純物領域１２４〜１２８には１×１０20〜１×１０21／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加され、テーパー部の下方に形成される第２の不純物領域（Ａ）には同領域内で必ずしも均一ではないが１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
【０１３１】
この工程において、第２の不純物領域（Ａ）１２５〜１３３において、少なくとも第１の形状の導電層１１８〜１２３と重なった部分に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度変化は、テーパー部の膜厚変化を反映する。即ち、第２の不純物領域（Ａ）１２５〜１３３へ添加されるリン（Ｐ）の濃度は、第１の形状の導電層に重なる領域において、該導電層の端部から内側に向かって徐々に濃度が低くなる。これはテーパー部の膜厚の差によって、半導体層に達するリン（Ｐ）
の濃度が変化するためである。
【０１３２】
次に、図１６（ｂ）に示すように第２のエッチング処理を行う。エッチング処理も同様にＩＣＰエッチング装置により行い、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2の混合ガスを用い、ＲＦ電力３．２Ｗ／ｃｍ2（１３．５６ＭＨｚ）、バイアス電力４５Ｗ／ｃｍ2 （１３．５６ＭＨｚ）、圧力１．０Ｐａでエッチングを行う。
この条件で形成される第２の形状を有する導電層１４０〜１４５が形成される。
その端部にはテーパー部が形成され、該端部から内側にむかって徐々に厚さが増加するテーパー形状となる。第１のエッチング処理と比較して基板側に印加するバイアス電力を低くした分等方性エッチングの割合が多くなり、テーパー部の角度は３０〜６０°となる。また、第２の形状のゲート絶縁膜１０９bの表面が４０nm程度エッチングされ、新たに第３の形状のゲート絶縁膜１０９cが形成される。
【０１３３】
そして、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げ高加速電圧の条件でｎ型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を７０〜１２０ｋＶとし、１×１０13／ｃｍ2のドーズ量で行い、第２の形状を有する導電層１４０〜１４５と重なる領域の不純物濃度を１×１０16〜１×１０18／ｃｍ3となるようにする。このようにして、第２の不純物領域（Ｂ）１４６〜１５０を形成する。
【０１３４】
そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層１０４、１０６に一導電型とは逆の導電型の不純物領域１５６、１５７を形成する。この場合も第２の形状の導電層１４０、１４２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層１０５、１０７、１０８は、第３のフォトマスク（ＰＭ３）を用いてレジストのマスク１５１〜１５３を形成し全面を被覆しておく。ここで形成される不純物領域１５６、１５７はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。不純物領域１５６、１５７のｐ型を付与する不純物元素の濃度は、２×１０20〜２×１０21／ｃｍ3となるようにする。
【０１３５】
この不純物領域１５６、１５７はｎ型を付与する不純物元素を含有する３つの領域に分けて見ることができる。第３の不純物領域１５６ａ、１５７ａは１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域（Ａ）１５６ｂ、１５７ｂは１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域（Ｂ）１５６ｃ、１５７ｃは１×１０16〜５×１０18／ｃｍ3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含んでいる。しかし、これらの不純物領域１５６ｂ、１５６ｃ、１５７ｂ、１５７ｃのｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19／ｃｍ3以上となるようにし、第３の不純物領域１５６ａ、１５７ａにおいては、ｐ型を付与する不純物元素の濃度を１．５から３倍となるようにすることにより、第３の不純物領域はｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能する。また、第４の不純物領域（Ｂ）１５６ｃ、１５７ｃは一部が第２のテーパー形状を有する導電層１４０または１４２と一部が重なって形成される。
【０１３６】
その後、図１７（Ａ）に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から第１の層間絶縁膜１５８を形成する。第１の層間絶縁膜は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても第１の層間絶縁膜１５８は無機絶縁物材料から形成する。第１の層間絶縁膜１５８の膜厚は１００〜２００nmとする。ここで、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ2とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ2で放電させて形成することができる。また、酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。
【０１３７】
そして、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行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。また、基板１０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザアニール法を適用することが好ましい。
【０１３８】
活性化の工程に続いて、雰囲気ガスを変化させ、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、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体層にある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。いずれにしても、島状半導体層１０４〜１０８中の欠陥密度を１０16／ｃｍ3以下とすることが望ましく、そのために島状半導体層が含む全原子数の０．０１〜０．１％程度の水素を付与すれば良い。
【０１３９】
その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜１５９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。
【０１４０】
このように、第２の層間絶縁膜を有機絶縁物材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減することができる。しかし、吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施例のように、第１の層間絶縁膜１５８として形成した酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜などと組み合わせて用いると良い。
【０１４１】
その後、第４のフォトマスク（ＰＭ４）を用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体層に形成されソース領域またはドレイン領域とする不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールはドライエッチング法で形成する。この場合、エッチングガスにＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅの混合ガスを用い有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜１５９をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ4、Ｏ2として第１の層間絶縁膜１５８をエッチングする。さらに、島状半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ3に切り替えて第３の形状のゲート絶縁膜１０９ｃをエッチングすることによりコンタクトホールを形成することができる。
【０１４２】
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、第５のフォトマスク（ＰＭ５）によりレジストマスクパターンを形成し、エッチングによってソース線１６０〜１６４とドレイン線１６５〜１６８を形成する。画素電極１６９はドレイン線と一緒に形成される。画素電極１７１は隣の画素に帰属する画素電極を表している。図示していないが、本実施例ではこの配線を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する不純物領域とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）
を３００〜４００nmの厚さで形成（図１７（Ｂ）において１６０ａ〜１６９ａで示す）し、さらにその上に透明導電膜を８０〜１２０ｎｍの厚さで形成（図１７（Ｂ）において１６０ｂ〜１６９ｂで示す）した。透明導電膜には酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを好適に用いることができる。
【０１４３】
こうして５枚のフォトマスクにより、同一の基板上に、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る。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３、画素部には画素ＴＦＴ２０４、保持容量２０５が形成されている。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。
【０１４４】
駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２０としての機能を有し、島状半導体層１０４にチャネル形成領域２０６、ソース領域またはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２０７ａ、ゲート電極２２０と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ａ）２０７ｂ、一部がゲート電極２２０と重なるＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２０７ｃを有する構造となっている。
【０１４５】
第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２１としての機能を有し、島状半導体層１０５にチャネル形成領域２０８、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２０９ａ、ゲート電極２２１と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２０９ｂ、一部がゲート電極２２１と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃを有する構造となっている。チャネル長２〜７μｍに対して、第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃがゲート電極２２１と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。前記長さはゲート電極２２１の厚さとテーパー部の角度から制御する。ｎチャネル型ＴＦＴにおいてこのようなＬＤＤ領域を形成することにより、ドレイン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができる。
【０１４６】
駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２は同様に、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２２としての機能を有し、島状半導体層１０６にチャネル形成領域２１０、ソース領域またはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２１１ａ、ゲート電極２２２と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ａ）２１１ｂ、一部がゲート電極２２２と重なるＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２１１ｃを有する構造となっている。
【０１４７】
駆動回路の第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２３としての機能を有し、島状半導体層１０７にチャネル形成領域２１２、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２１３ａ、ゲート電極２２３と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２１３ｂ、一部がゲート電極２２３と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃを有する構造となっている。第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０１と同様に第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃがゲート電極２２３と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１４８】
駆動回路はシフトレジスタ回路、バッファ回路などのロジック回路やアナログスイッチで形成されるサンプリング回路などで形成される。図17（Ｂ）ではこれらを形成するＴＦＴを一対のソース・ドレイン間に一つのゲート電極を設けたシングルゲートの構造で示したが、複数のゲート電極を一対のソース・ドレイン間に設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１４９】
画素ＴＦＴ２０４には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２４としての機能を有し、島状半導体層１０８にチャネル形成領域２１４ａ、２１４ｂ、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２１５ａ、２１７、ゲート電極２２４と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２１５ｂ、一部がゲート電極２２４と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１５ｃを有する構造となっている。第２の不純物領域（Ｂ）２１５ｃがゲート電極２２４と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。また、第１の不純物領域２１７から延在し、第２の不純物領域（Ａ）２１９ａ、第２の不純物領域（Ｂ）２１９ｂ、導電型を決定する不純物元素が添加されていない領域２１８を有する半導体層と、第３の形状を有するゲート絶縁膜と同層で形成される絶縁層と、第２のテーパー形状を有する導電層から形成される容量配線２２５から保持容量２０５が形成されている。
【０１５０】
図２３は画素部のほぼ一画素分を示す上面図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図１７（Ｂ）に示す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴにおいて、ゲート電極２２４は図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層１０８と交差し、さらに複数の島状半導体層に跨って延在してゲート配線を兼ねている。図示はしていないが、島状半導体層には、図１７（Ｂ）で説明したソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、２３０はソース配線１６４とソース領域２１５ａとのコンタクト部、２３１は画素電極１６９とドレイン領域２１７とのコンタクト部である。保持容量２０５は、画素ＴＦＴ２０４のドレイン領域２１７から延在する半導体層とゲート絶縁膜を介して容量配線２２５が重なる領域で形成されている。この構成において半導体層２１８には、価電子制御を目的とした不純物元素は添加されていない。
【０１５１】
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、耐熱性を有する導電性材料でゲート電極を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ている。さらに、ゲート電極にゲート絶縁膜を介して重なるＬＤＤ領域を形成する際に、導電型を制御する目的で添加した不純物元素に濃度勾配を持たせてＬＤＤ領域を形成することで、特にドレイン領域近傍における電界緩和効果が高まることが期待できる。
【０１５２】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置の場合、第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１は高速動作を重視するシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路などを形成するのに用いる。図１７（Ｂ）
ではこれらの回路をロジック回路部として表している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１の第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃはホットキャリア対策を重視した構造となっている。さらに、耐圧を高め、動作を安定化させるために、図２１（Ａ）で示すようにこのロジック回路部のＴＦＴを第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形成しても良い。このＴＦＴは、一対のソース・ドレイン間に２つのゲート電極を設けたダブルゲート構造であり、このようなＴＦＴは本実施例の工程を用いて同様に作製できる。第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０には、島状半導体層にチャネル形成領域２３６ａ、２３６ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２３８ａ、２３９ａ、２４０ａ、ＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ａ）２３８ｂ、２３９ｂ、２４０ｂ及びゲート電極２３７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ｂ）
２３８ｃ、２３９ｃ、２４０ｃを有した構造となっている。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１には、島状半導体層にチャネル形成領域２４１ａ、２４１ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２４３ａ、２４４ａ、２４５ａとＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ａ）２４３ｂ、２４４ｂ、２４５ｂ及びゲート電極２４２と一部が重なりＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２４３ｃ、２４４ｃ、２４５ｃを有している。チャネル長は３〜７μｍとして、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１５３】
また、アナログスイッチで構成するサンプリング回路には、同様な構成とした第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３を適用することができる。サンプリング回路はホットキャリア対策と低オフ電流動作が重視されるので、図２１（Ｂ）で示すようにこの回路のＴＦＴを第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形成しても良い。この第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２は、一対のソース・ドレイン間に３つのゲート電極を設けたトリプルゲート構造であり、このようなＴＦＴは本実施例の工程を用いて同様に作製できる。第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２には、島状半導体層にチャネル形成領域２４６ａ、２３４ｂ、２４６ｃソースまたはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２４９ａ、２５０ａ、２５１ａ、２５２ａ、ＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ａ）２４９ｂ、２５０ｂ、２５１ｂ、２５２ｂ及びゲート電極２４７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ｂ）２４９ｃ、２５０ｃ、２５１ｃ、２５２ｃを有した構造となっている。第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３には、島状半導体層にチャネル形成領域２５３ａ、２５３ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２５５ａ、２５６ａ、２５７ａとＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ａ）２５５ｂ、２５６ｂ、２５７ｂ及びゲート電極２５４と一部が重なりＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２５５ｃ、２５６ｃ、２５７ｃを有している。チャネル長は３〜７μｍとして、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１５４】
ＴＦＴのゲート電極の構成をシングルゲート構造とするか、複数のゲート電極を一対のソース・ドレイン間に設けたマルチゲート構造とするかは、回路の特性に応じて実施者が適宣選択すれば良い。そして、本実施例で完成したアクティブマトリクス基板を用いることで反射型の液晶表示装置を作製することができる。
【実施例７】
【０１５５】
実施例６ではゲート電極の材料にＷやＴａなどの耐熱性導電材料を用いる例を示した。このような材料を用いる理由は、ゲート電極形成後に導電型の制御を目的として半導体層に添加した不純物元素を４００〜７００℃の熱アニールによって活性化させる必要があり、その工程を実施する上でゲート電極に耐熱性を持たせる必要があるからである。しかしながら、このような耐熱性導電材料は面積抵抗で１０Ω程度あり、画面サイズが４インチクラスかそれ以上の表示装置には必ずしも適していない。ゲート電極に接続するゲート線を同じ材料で形成すると、基板上における引回し長さが必然的に大きくなり、配線抵抗の影響による配線遅延の問題を無視することができなくなる。
【０１５６】
例えば、画素密度がＶＧＡの場合、４８０本のゲート配線と６４０本のソース線が形成され、ＸＧＡの場合には７６８本のゲート配線と１０２４本のソース配線が形成される。表示領域の画面サイズは、１３インチクラスの場合対角線の長さが３４０ｍｍとなり、１８インチクラスの場合には４６０ｍｍとなる。本実施例ではこのような液晶表示装置を実現する手段として、ゲート配線をＡｌや銅（Ｃｕ）などの低抵抗導電性材料で形成する方法について図18を用いて説明する。
【０１５７】
まず、実施例６と同様にして図１５（Ａ）〜図１６（Ｃ）に示す工程を行う。
そして導電型の制御を目的として、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５００℃で４時間の熱処理を行う。
【０１５８】
この熱処理において、第２のテーパー形状を有する導電層１４０〜１４５は表面から５〜８０nmの厚さで導電層（Ｃ）１７２ａ〜１７２ｆが形成される。例えば、第２のテーパー形状を有する導電層がＷの場合には、窒化タングステンが形成され、Ｔａの場合には窒化タンタルが形成される。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層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１８（Ａ））。
【０１５９】
活性化および水素化処理の後、ゲート線を低抵抗導電材料で形成する。低抵抗導電材料はＡｌやＣｕを主成分とするものであり、このような材料から形成される低抵抗導電層からゲート線を形成する。例えば、Ｔｉを０．１〜２重量％含むＡｌ膜を低抵抗導電層として全面に形成する（図示せず）。低抵抗導電層は２００〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）の厚さで形成する。そして、所定のレジストパターンを形成し、エッチング処理して、ゲート線１７３、１７４を形成する。このとき同じ材料で画素部に設ける保持容量と接続する容量線１７５も形成する。低抵抗導電層がＡｌを主成分とする材料である場合には、エッチング処理はリン酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで、下地との選択加工性を保ってゲート線を形成することができる。第１の層間絶縁膜１７６は実施例６と同様にして形成する（図１８（Ｂ））。
【０１６０】
その後、実施例６と同様にして有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜１５９、ソース線１６０〜１６４、ドレイン線１６５〜１６８、画素電極１６９、１７１を形成してアクティブマトリクス基板を完成させることができる。図１９（Ａ）、（Ｂ）はこの状態の上面図を示し、図１９（Ａ）のＢ−Ｂ'断面および図１９（Ｂ）のＣ−Ｃ'断面は図1８（Ｃ）のＢ−Ｂ'およびＣ−Ｃ'に対応している。図１９（Ａ）、（Ｂ）ではゲート絶縁膜、第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜を省略して示しているが、島状半導体層１０４、１０５、１０８の図示されていないソースおよびドレイン領域にソース線１６０、１６１、１６４とドレイン線１６５、１６６、及び画素電極１６９がコンタクトホールを介して接続している。また、図１９（Ａ）のＤ−Ｄ'断面および図19（Ｂ）のＥ−Ｅ'断面を図２０（Ａ）と（Ｂ）にそれぞれ示す。ゲート線１７３はゲート電極２２０と、またゲート線１７４はゲート電極２２５と島状半導体層１０４、１０８の外側で重なるように形成され、ゲート電極と低抵抗導電層とがコンタクトホールを介さずに接触して電気的に導通している。このようにゲート線を低抵抗導電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、画素部（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。
【実施例８】
【０１６１】
実施例６で作製したアクティブマトリクス基板はそのまま反射型の表示装置に適用することができる。一方、透過型の液晶表示装置とする場合には画素部の各画素に設ける画素電極を透明電極で形成すれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置に対応するアクティブマトリクス基板の作製方法について図２２を用いて説明する。
【０１６２】
アクティブマトリクス基板は実施例６と同様に作製する。図２２（Ａ）では、ソース配線とドレイン配線は導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。ドレイン線２５６を例としてこの構成を図２２（Ｂ）で詳細に説明すると、Ｔｉ膜２５６ａを５０〜１５０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成する。そのＴｉ膜２５６ａ上に重ねてＡｌ膜２５６ｂを３００〜４００ｎｍの厚さで形成し、さらにＴｉ膜２５６ｃまたは窒化チタン（ＴｉＮ）膜を１００〜２００ｎｍの厚さで形成して３層構造とする。その後、透明導電膜を全面に形成し、フォトマスクを用いたパターニング処理およびエッチング処理により画素電極２５７を形成する。画素電極２５７は、有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜上に形成され、コンタクトホールを介さずに画素ＴＦＴ２０４のドレイン線２５６と重なる部分を設け電気的な接続を形成している。
【０１６３】
図２２（Ｃ）では最初に第２の層間絶縁膜上に透明導電膜を形成し、パターニング処理およびエッチング処理をして画素電極２５８を形成した後、ドレイン線２５９を画素電極２５８とコンタクトホールを介さずに接続部を形成した例である。ドレイン線２５９は、図２２（Ｄ）で示すようにＴｉ膜２５９ａを５０〜１５０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜２５９ａ上に重ねてＡｌ膜２５９ｂを３００〜４００ｎｍの厚さで形成して設ける。この構成にすると、画素電極２５８はドレイン配線２５９を形成するＴｉ膜２５９ａのみと接触することになる。その結果、透明導電膜材料とＡｌとが直接接し反応するのを確実に防止できる。
【０１６４】
透明導電膜の材料は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＳｎＯ2；ＩＴＯ）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用いることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）を用いても良い。酸化インジウム酸化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ＩＴＯに対して熱安定性にも優れているので、図29（Ａ）、（Ｂ）の構成においてドレイン配線２５６の端面で、Ａｌ膜２５６ｂが画素電極２５７と接触して腐蝕反応をすることを防止できる。同様に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを用いることができる。
【０１６５】
実施例６では反射型の液晶表示装置を作製できるアクティブマトリクス基板を５枚のフォトマスクにより作製したが、さらに１枚のフォトマスクの追加（合計６枚）で、透過型の液晶表示装置に対応したアクティブマトリクス基板を完成させることができる。本実施例では、実施例6と同様な工程として説明したが、このような構成は実施例７で示すアクティブマトリクス基板に適用することができる。
【実施例９】
【０１６６】
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。まず、図２４（Ａ）に示すように、図１７（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス基板に柱状スペーサから成るスペーサを形成する。スペーサは数μｍの粒子を散布して設ける方法でも良いが、ここでは基板全面に樹脂膜を形成した後これをパターニングして形成する方法を採用した。このようなスペーサの材料に限定はないが、例えば、ＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、スペーサの形状は柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保することができる。形状は円錐状、角錐状など特別の限定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高さを１．２〜５μｍとし、平均半径を５〜７μｍ、平均半径と底部の半径との比を１対１．５とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とする。
【０１６７】
スペーサの配置は任意に決定すれば良いが、好ましくは、図２４（Ａ）で示すように、画素部においては画素電極１６９のコンタクト部２３１と重ねてその部分を覆うように柱状スペーサ４０６を形成すると良い。コンタクト部２３１は平坦性が損なわれこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、このようにしてコンタクト部２３１にスペーサ用の樹脂を充填する形で柱状スペーサ４０６を形成することでディスクリネーションなどを防止することができる。また、駆動回路のＴＦＴ上にもスペーサ４０５ａ〜４０５ｅを形成しておく。このスペーサは駆動回路部の全面に渡って形成しても良いし、図２４で示すようにソース線およびドレイン線を覆うようにして設けても良い。
【０１６８】
その後、配向膜４０７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を用いる。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。画素部に設けた柱状スペーサ４０６の端部からラビング方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるようにした。また、ラビング処理では静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上に形成したスペーサ４０５ａ〜４０５ｅにより静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができる。また図では説明しないが、配向膜４０７を先に形成してから、スペーサ４０６、４０５ａ〜４０５ｅを形成した構成としても良い。
【０１６９】
対向側の対向基板４０１には、遮光膜４０２、透明導電膜４０３および配向膜４０４を形成する。遮光膜４０２はＴｉ膜、Ｃｒ膜、Ａｌ膜などを１５０〜３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動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シール剤４０８で貼り合わせる。シール剤４０８にはフィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーとスペーサ４０６、４０５ａ〜４０５ｅによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料４０９を注入する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることもできる。この無しきい値反強誘電性混合液晶には、Ｖ字型の電気光学応答特性を示すものもある。このようにして図２４（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【０１７０】
図２５はこのようなアクティブマトリクス基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。実施例6で述べたガラス基板１０１上に画素部６０４の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路６０５と画像信号駆動回路６０６が設けられている。さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路６０７も付加されていても良い。そして、これらの駆動回路は接続配線６０３によって外部入出力端子６０２と接続されている。
画素部６０４では走査信号駆動回路６０５から延在するゲート配線群６０８と画像信号駆動回路６０６から延在するソース配線群６０９がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられている。
【０１７１】
図２４において画素部において設けた柱状スペーサ４０６は、すべての画素に対して設けても良いが、図２５で示すようにマトリクス状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜１００％とすることが可能である。また、駆動回路部に設けるスペーサ４０５ａ〜４０５ｅはその全面を覆うように設けても良いし各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて設けても良い。図25では駆動回路部に設けるスペーサの配置を６１０〜６１２で示す。そして、図25示すシール剤６１９は、基板１０１上の画素部６０４および走査信号駆動回路６０５、画像信号駆動回路６０６、その他の信号処理回路６０７の外側であって、外部入出力端子６０２よりも内側に形成する。
【０１７２】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を図２６の斜視図を用いて説明する。図26においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板１０１上に形成された、画素部６０４と、走査信号駆動回路６０５と、画像信号駆動回路６０６とその他の信号処理回路６０７とで構成される。画素部６０４には画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられ、画素部の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６０５と画像信号駆動回路６０６からは、それぞれゲート線（ゲート電極と連続して形成されている場合は図１７（Ｂ）の２２４に相当する）とソース線１６４が画素部６０４に延在し、画素ＴＦＴ２０４に接続している。また、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）６１３が外部入力端子６０２に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。ＦＰＣ６１３は補強樹脂６１４によって強固に接着されている。そして接続配線６０３でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板４０１には図示していない、遮光膜や透明電極が設けられている。
【０１７３】
このような構成の液晶表示装置は、実施例６〜８で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成することができる。実施例６で示すアクティブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施例８で示すアクティブマトリクス基板を用いると透過型の液晶表示装置を得ることができる。
【実施例１０】
【０１７４】
図２７は実施例６〜８で示したアクティブマトリクス基板の回路構成の一例であり、直視型の表示装置の回路構成を示す図である。このアクティブマトリクス基板は、画像信号駆動回路６０６、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）６０５、画素部６０４を有している。尚、本明細書中において記した駆動回路とは、画像信号駆動回路６０６、走査信号駆動回路６０５を含めた総称である。
【０１７５】
画像信号駆動回路６０６は、シフトレジスタ回路５０１ａ、レベルシフタ回路５０２ａ、バッファ回路５０３ａ、サンプリング回路５０４を備えている。また、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）１８５は、シフトレジスタ回路５０１ｂ、レベルシフタ回路５０２ｂ、バッファ回路５０３ｂを備えている。
【０１７６】
シフトレジスタ回路５０１ａ、５０１ｂは駆動電圧が５〜１６Ｖ（代表的には１０Ｖ）であり、この回路を形成するＣＭＯＳ回路のＴＦＴは、図１７（Ｂ）の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１で形成する。或いは、図２１（Ａ）で示す第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形成しても良い。また、レベルシフタ回路５０２ａ、５０２ｂやバッファ回路５０３ａ、５０３ｂは駆動電圧が１４〜１６Ｖと高くなるので図２１（Ａ）で示すようなマルチゲートのＴＦＴ構造とすることが望ましい。
マルチゲート構造でＴＦＴを形成すると耐圧が高まり、回路の信頼性を向上させる上で有効である。
【０１７７】
サンプリング回路５０４はアナログスイッチから成り、駆動電圧が１４〜１６Ｖであるが、極性が交互に反転して駆動される上、オフ電流値を低減させる必要があるため、図１７（Ｂ）で示す第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３で形成することが望ましい。或いは、オフ電流値を効果的に低減させるために図２１（Ｂ）で示す第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形成しても良い。
【０１７８】
また、画素部は駆動電圧が１４〜１６Ｖであり、低消費電力化の観点からサンプリング回路よりもさらにオフ電流値を低減することが要求され、図１７（Ｂ）
で示す画素ＴＦＴ２０４のようにマルチゲート構造を基本とする。
【０１７９】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜８に示した工程に従ってＴＦＴを作製することによって容易に実現することができる。本実施例では、画素部と駆動回路の構成のみを示しているが、実施例6〜8の工程に従えば、その他にも信号分割回路、分周波回路、Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、オペアンプ回路、さらにメモリ回路や演算処理回路などの信号処理回路、あるいは論理回路を同一基板上に形成することが可能である。このように、本発明は同一基板上に画素部とその駆動回路とを含む半導体装置、例えば信号制御回路および画素部を具備した液晶表示装置を実現することができる。
【実施例１１】
【０１８０】
本実施例では、上述の実施例で作成の例を示したアクティブマトリクス基板を用いて発光装置の例として、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）材料を用いた自発光型の表示パネル（以下、ＥＬ表示装置と記す）を作製する例について説明する。図28（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示パネルの上面図である。図29（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。
【０１８１】
発光装置とは、電場を加えることで発生するルミネッセンスが得られる有機化合物を含む層（発光素子）を光源とする装置である。有機化合物における発光素子には、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１８２】
図２８（Ｂ）は図２８（Ａ）のＡ−Ａ'断面を表す図であり、このとき少なくとも画素部上、好ましくは駆動回路及び画素部上に対向板８０を設ける。対向板８０はシール材１９でＴＦＴとＥＬ層が形成されているアクティブマトリクス基板と貼り合わされている。シール剤１９にはフィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーによりほぼ均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられている。さらに、シール材１９の外側とＦＰＣ１７の上面及び周辺は封止剤８１で密封する構造とする。封止剤８１は珪素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ブチルゴムなどの材料を用いる。
【０１８３】
このように、シール剤１９によりアクティブマトリクス基板１０と対向基板８０とが貼り合わされると、その間には空間が形成される。その空間には充填剤８３が充填される。この充填剤８３は対向板８０を接着する効果も合わせ持つ。充填剤８３はＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、エポキシ樹脂、珪素樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、ＥＬ層は水分をはじめ湿気に弱く劣化しやすいので、この充填剤８３の内部に酸化バリウムなどの乾燥剤を混入させておくと吸湿効果を保持できるので望ましい。また、ＥＬ層上に窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜などで形成するパッシベーション膜８２を形成し、充填剤８３に含まれるアルカリ元素などによる腐蝕を防ぐ構造としていある。
【０１８４】
対向板８０にはガラス板、アルミニウム板、ステンレス板、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、マイラーフィルム（デュポン社の商品名）、ポリエステルフィルム、アクリルフィルムまたはアクリル板などを用いることができる。また、数十μｍのアルミニウム箔をＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用い、耐湿性を高めることもできる。このようにして、ＥＬ素子は密閉された状態となり外気から遮断されている。
【０１８５】
また、図２８（Ｂ）において基板１０、下地膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴ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。これらのＴＦＴの内特にｎチャネル型ＴＦＴにははホットキャリア効果によるオン電流の低下や、Ｖthシフトやバイアスストレスによる特性低下を防ぐため、本実施例で示す構成のＬＤＤ領域が設けられている。
【０１８６】
例えば、駆動回路用ＴＦＴ２２とし、図１７（ｂ）に示すｐチャネル型ＴＦＴ２００、２０２とｎチャネル型ＴＦＴ２０１、２０３を用いれば良い。また、画素部用ＴＦＴ２３には図１７（Ｂ）に示す画素ＴＦＴ２０４またはそれと同様な構造を有するｐチャネル型ＴＦＴを用いれば良い。
【０１８７】
図１７（Ｂ）または図１８（Ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板からＥＬ表示装置を作製するには、ソース線、ドレイン線上に樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６を形成し、その上に画素部用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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
ＥＬ層はシャドーマスクを用いて蒸着法、またはインクジェット法、ディスペンサー法などで形成する。いずれにしても、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。
【０１９０】
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を連続して形成するか、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで真空中で陰極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。
【０１９１】
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、異方性導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。ＦＰＣ１７上にはさらに樹脂層８０が形成され、この部分の接着強度を高めている。
【０１９２】
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。
【０１９３】
また、配線１６はシーリル１９と基板１０との間を隙間（但し封止剤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も同様にしてシーリング材１９の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１９４】
ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図２９に、上面構造を図３０（Ａ）に、回路図を図３０（Ｂ）に示す。図２９（Ａ）において、基板２４０１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ２４０２は実施例６の図１７（Ｂ）の画素ＴＦＴ２０４と同じ構造で形成される。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良い。
【０１９５】
また、電流制御用ＴＦＴ２４０３は図１７（Ｂ）で示すｎチャネル型ＴＦＴ２０１を用いて形成する。このとき、スイッチング用ＴＦＴ２４０２のドレイン線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ＴＦＴ２４０２のゲート電極３９ａ、３９ｂを電気的に接続するゲート線である。
【０１９６】
このとき、電流制御用ＴＦＴ２４０３が本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にゲート電極と一部が重なるＬＤＤ領域を設けることでＴＦＴの劣化を防ぎ、動作の安定性を高めることができる。
【０１９７】
また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ２４０３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。
【０１９８】
また、図３０（Ａ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲート電極３７となる配線は２４０４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ２４０３のドレイン線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、２４０４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２４０４は電流制御用ＴＦＴ２４０３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、ドレイン線４０は電流供給線（電源線）２５０１に接続され、常に一定の電圧が加えられている。
【０１９９】
スイッチング用ＴＦＴ２４０２及び電流制御用ＴＦＴ２４０３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。
【０２００】
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ＴＦＴ２４０３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。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。 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。
【０２０１】
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。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。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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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２４０５は、画素電極（陰極）４３、発光層４５、正孔注入層４６及び陽極４７で形成されたダイオードを指す。図３０（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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
以上のように本発明を用いて作製するＥＬ表示パネルは図３０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。
【０２０６】
図２９（Ｂ）はＥＬ層の構造を反転させた例を示す。電流制御用ＴＦＴ２６０１は図１７（Ｂ）のｐチャネル型ＴＦＴ２００を用いて形成される。作製プロセスは実施例6を参照すれば良い。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。
【０２０７】
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２６０２が形成される。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ＴＦＴ２６０１はｐチャネル型ＴＦＴで形成することが好ましい。
【０２０８】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜７のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例１３の電子機器の表示部として本実施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【実施例１２】
【０２０９】
本実施例では、図３０（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３１に示す。なお、本実施例において、２７０１はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のソース配線、２７０３はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のゲート配線、２７０４は電流制御用ＴＦＴ、２７０５はコンデンサ、２７０６、２７０８は電流供給線、２７０７はＥＬ素子とする。
【０２１０】
図３１（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線２７０６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２７０６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。
【０２１１】
また、図３１（Ｂ）は、電流供給線２７０８をゲート配線２７０３と平行に設けた場合の例である。なお、図３１（Ｂ）では電流供給線２７０８とゲート配線２７０３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２７０８とゲート配線２７０３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。
【０２１２】
また、図３１（Ｃ）は、図３１（Ｂ）の構造と同様に電流供給線２７０８をゲート配線２７０３と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線２７０８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２７０８をゲート配線２７０３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。図３１（Ａ）、図31（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ２４０４を設ける構造としているが、コンデンサ２４０４を省略することも可能である。
【０２１３】
電流制御用ＴＦＴ２４０３として図２９（Ａ）に示すような本発明を用いて作製するｎチャネル型ＴＦＴ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２４０４の代わりとして積極的に用いる点に特徴がある。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で変化するため、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。また、図３１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様にコンデンサ２７０５を省略することは可能である。
【０２１４】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜１１のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例１３の電子機器の表示部として本実施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【実施例１３】
【０２１５】
本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、アクティブマトリクス型発光ディスプレイ、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発明を実施できる。
【０２１６】
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３２、図３３及び図３４に示す。
【０２１７】
図３２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明を画像入力部３００２、表示部３００３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２１８】
図３２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明を表示部３１０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２１９】
図３２（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３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明は表示部３２０５やその他の信号制御回路に適用できる。
【０２２０】
図３２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明は表示部３３０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２１】
図３２（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３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５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３４０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２２】
図３２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を表示部３５０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２３】
図３３（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明は投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２４】
図３３（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明は投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２５】
なお、図３３（Ｃ）は、図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０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33（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。
【０２２６】
また、図３３（Ｄ）は、図３３（Ｃ）中における光源光学系３８０１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３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図３３（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。
【０２２７】
ただし、図３３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発光装置での適用例は図示していない。
【０２２８】
図３４（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明を音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２２９】
図３４（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明は表示部４００２、４００３やその他の信号回路に適用することができる。
【０２３０】
図３４（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明は表示部４１０３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。
【０２３１】
以上の様に、本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１〜１２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。
【符号の説明】
【０２３２】
５００１ 結晶化領域
５００２ 非晶質領域
１００１ レーザ発振器
１００２ａ シリンドリカルアレイレンズ
１００２ｂ シリンドリカルアレイレンズ
１００３ シリンドリカルアレイレンズ
１００４ シリンドリカルアレイレンズ
１００５ シリンドリカルレンズ
１００７ ミラー
１００８ ダブレットシリンドリカルレンズ
１００９ 被照射面
１４０１ レーザ発振器
１４０２ 凸レンズ
１４０３ ガルバノメータ
１４０４ f-θ レンズ
１４０５ 基板
１４０６ ステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、スペーサと、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記トランジスタと電気的に接続され、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記スペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
トランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、駆動回路と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記トランジスタと電気的に接続され、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記第１のスペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであり、
前記第２のスペーサは、前記駆動回路上に設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、第１の配線と、第２の配線と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記第１のトランジスタと電気的に接続され、
前記第１の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２のトランジスタを用いて構成される駆動回路は、前記第１のトランジスタに信号を出力する機能を有し、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記第１のスペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであり、
前記第２のスペーサは前記第１の配線と重なるように設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３において、
第３のスペーサを有し、
前記第３のスペーサは、前記駆動回路上に設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、第３のスペーサと、第１の配線と、第２の配線と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記第１のトランジスタと電気的に接続され、
前記第１の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２のトランジスタを用いて構成される駆動回路は、前記第１のトランジスタに信号を出力する機能を有し、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記第１のスペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであり、
前記第２のスペーサは前記第１の配線と重なるように設けられ、
前記第３のスペーサは前記第２の配線と重なるように設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
第４のスペーサを有し、
前記第４のスペーサは、前記駆動回路上に設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
トランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、スペーサと、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記トランジスタと電気的に接続され、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記スペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
トランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、駆動回路と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記トランジスタと電気的に接続され、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記第１のスペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであり、
前記第２のスペーサは、前記駆動回路上に設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、第１の配線と、第２の配線と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記第１のトランジスタと電気的に接続され、
前記第１の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２のトランジスタを用いて構成される駆動回路は、前記第１のトランジスタに信号を出力する機能を有し、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記第１のスペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであり、
前記第２のスペーサは前記第１の配線と重なるように設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３において、
第３のスペーサを有し、
前記第３のスペーサは、前記駆動回路上に設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、絶縁層と、第１の電極と、液晶と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、第３のスペーサと、第１の配線と、第２の配線と、を有し、
前記第１の電極は、前記絶縁層に設けられたコンタクトホールによって前記第１のトランジスタと電気的に接続され、
前記第１の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２の配線は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方に信号を伝送する機能を有し、
前記第２のトランジスタを用いて構成される駆動回路は、前記第１のトランジスタに信号を出力する機能を有し、
前記第１の電極と第２の電極との間の電界によって、前記液晶の配向が制御される液晶表示装置であって、
前記第１のスペーサは、樹脂を前記コンタクトホールに充填するように形成されたものであり、
前記第２のスペーサは前記第１の配線と重なるように設けられ、
前記第３のスペーサは前記第２の配線と重なるように設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
第４のスペーサを有し、
前記第４のスペーサは、前記駆動回路上に設けられることを特徴とする液晶表示装置。
【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３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【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３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１３−１５８４０（Ｐ２０１３−１５８４０Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６１１３８（Ｐ２０１２−１６１１３８）
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【分割の表示】特願２００１−６３９００（Ｐ２００１−６３９００）の分割
【原出願日】平成１３年３月７日（２００１．３．７）
【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２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２０日（２０１２．７．２０）
【分割の表示】特願２００１−６３９００（Ｐ２００１−６３９００）の分割
【原出願日】平成１３年３月７日（２００１．３．７）
【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）】
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