ＥＬ表示装置の作製方法
【課題】画素構造を最適化することにより、開口率を向上させたＥＬ表示装置を提供する。
【解決手段】スイッチング用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた半導体層と、電流制御用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた半導体層と、スイッチング用ＴＦＴのゲート電極および電流制御用ＴＦＴのゲート電極と同一面上に設けられたソース配線と、スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、電流制御用ＴＦＴのゲート電極、およびソース配線を覆う絶縁膜と、ソース配線および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第１の接続配線と、電流制御用ＴＦＴのゲート電極および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第２の接続配線と、電流制御用ＴＦＴの半導体層と電気的に接続された画素電極と、発光層と、画素電極と対向する電極とを有するＥＬ素子とを有するＥＬ表示装置。
【解決手段】スイッチング用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた半導体層と、電流制御用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた半導体層と、スイッチング用ＴＦＴのゲート電極および電流制御用ＴＦＴのゲート電極と同一面上に設けられたソース配線と、スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、電流制御用ＴＦＴのゲート電極、およびソース配線を覆う絶縁膜と、ソース配線および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第１の接続配線と、電流制御用ＴＦＴのゲート電極および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第２の接続配線と、電流制御用ＴＦＴの半導体層と電気的に接続された画素電極と、発光層と、画素電極と対向する電極とを有するＥＬ素子とを有するＥＬ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶構造を有する半導体膜を用いた半導体装置及びその作製方法に関する。
本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用した装置全般を指すものとし、薄膜
トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を用いて作製される液晶表示装置やエレクトロルミ
ネッセンス（以下、ＥＬと記す）材料などを用いた自発光型表示装置に代表される電気光
学装置及び該電気光学装置を部品として使用する電子装置を範疇に含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板または石英基板上の非晶質半導体膜を光や熱のエネルギーにより結晶化させ
て結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶質半導体膜と記す）を作製する技術が開発され
ている。ファーネスアニール炉を用いた熱処理により結晶質半導体膜を得る方法の他に、
エキシマレーザー光やＹＡＧレーザー光などのレーザー光を用いる方法はレーザーアニー
ル法が知られている。
【０００３】
非晶質シリコン膜を熱処理して結晶化させるためには、６００℃以上の温度で１０〜２
４時間程度加熱処理する必要がある。しかし、このような温度で長時間の熱処理が要求さ
れる製造プロセスはスループットが低下し、生産性が低下する難点がある。
【０００４】
一方、レーザーアニール法は、２００〜５００mJ/cm2程度のエネルギー密度でレーザー
光を照射して、非晶質シリコン膜を結晶化させることができる。レーザー光は被照射面に
おいて線状または長方形状などの形状になるように光学系で集光し、被処理面上を走査（
レーザー光の位置を被照射面に対して相対的に移動させる）させることで、大面積基板の
結晶化も可能としている。
【０００５】
パルス発振する波長４００nm以下のエキシマレーザー光やＹＡＧレーザー光の第２高調
波（５３２nm）〜第４高調波（２６６nm）は非晶質シリコン膜で大部分が吸収されるので
、シリコンは瞬間的に加熱される。しかし、数十〜数百ナノ秒のパルス幅で照射されるた
め、基板自体は殆ど温度上昇することはない。しかし、結晶粒のサイズは１μm未満であ
り、粒界の影響によりＴＦＴの特性は、単結晶半導体を用いたＭＯＳトランジスタと比較
してかなり劣っている。
【０００６】
その他の結晶化技術として、触媒元素を用いた熱結晶化法が開発されている。
特開平７−１３０６５２号公報や特開平８−７８３２９号公報などに開示された触媒元素
を用いた結晶化法は、非晶質シリコン膜にシリコンの結晶化温度を低温化させることが可
能な触媒元素を導入し、５５０℃で４時間の熱処理により結晶質シリコン膜を形成するこ
とを可能としている。
【０００７】
しかし、いずれにしてもガラス基板や石英基板上の非晶質半導体膜から作製される結晶
質半導体膜は、複数の結晶粒が集合した構造であり、その結晶粒の位置や大きさに規則性
を持たせることは不可能であった。結晶粒の界面（結晶粒界）
には結晶の不連続性や結晶欠陥に起因する欠陥準位、結晶粒界におけるポテンシャルの影
響によって電子・ホールのキャリアの輸送特性が低下することが知られている。
【０００８】
ガラス基板や石英基板上の結晶質半導体膜から作製されるＴＦＴで、画素部やその駆動
回路を形成するアクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置は、画質の高精細
化が進むにつれ、必然的に画素一つ当たりのサイズは微細化する。その結果、画素部にお
いてＴＦＴ、ソース配線、ゲート配線などが占める面積の割合が大きくなり、開口率が低
下してしまう。そのために、ＴＦＴのサイズは制限され縮小を余儀なくされる。
【０００９】
しかし、ＴＦＴのサイズが小さくなると、チャネル形成領域における粒界の影響はます
ます大きくなり、粒界が占める面積の割合に応じてＴＦＴの特性がばらついてしまうこと
が懸念される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
石英基板またはガラス基板上の非晶質シリコン膜を、熱処理やレーザーアニール法で結
晶化した結晶質シリコン膜は、下地とシリコン膜との界面エネルギーの影響で＜１１１＞
に優先的に配向し、その他の方向にもランダムな方位を持った結晶粒が多数存在してしま
うことが電子線回折の解析から知られている。一方、触媒元素を用いた結晶化法で作製さ
れる結晶質シリコン膜は、その結晶粒の大部分は＜１１０＞に配向する。しかしながら前
述のように下地膜とシリコン膜との界面エネルギーとの兼ね合いで＜１１１＞などのその
他の配向が若干混在してしまう。
【００１１】
複数の結晶粒から成る結晶質半導体膜において、結晶の配向がランダムになると粒界で
結晶の連続性が満足されないので不対結合手が多く形成される。その結果、キャリアが散
乱されたりトラップされたりするため、ＴＦＴを作製しても高い電界効果移動度を期待す
ることはできない。
【００１２】
このような問題点を解決するには、結晶を大粒形化し、配向を揃えると共にその位置を
ＴＦＴを形成する位置に合わせることが必要となる。本発明はそのための手段を提供する
ことを目的とし、非晶質半導体膜から、熱結晶化法やレーザーアニール法を用いて作製さ
れる結晶質半導体膜の配向性を高めることを目的とする。さらに、そのような結晶質半導
体膜を用いることでＴＦＴの特性を向上させ、特性バラツキを低減させることを第１の目
的とする。
【００１３】
また、規定の画素サイズの中で高開口率を実現するためには、画素部の回路構成に必要
な要素を効率よく配置することが不可欠となる。そのために、画素部に形成される画素電
極やゲート配線及びソース配線の配置を適したものとして、かつ、マスク数及び工程数を
増加させることなく高い開口率を実現した画素構造を有するアクティブマトリクス型表示
装置を提供することを第１の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題点を解決するために、本発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を
形成する第１の工程と、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成す
る第２の工程と、前記第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記
第３の工程の後に、前記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の
工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質
構造を有する半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質
構造を有する半導体膜に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜を形成する第６の工程
と、前記第１の結晶質半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶質半導体膜を形成する
第７の工程とを有することを特徴としている。
【００１５】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第３の工程の後に、前
記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の工程と、前記非晶質構
造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質構造を有する半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜
にレーザー光を照射して結晶質半導体膜を形成する第６の工程とを有することを特徴とし
ている。
【００１６】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第２の絶縁膜の表面に
該非晶質構造を有する半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する第４の工程と、前
記第３の工程の後に、前記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第５
の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜
を形成する第６の工程と、前記第１の結晶質半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶
質半導体膜を形成する第７の工程とを有することを特徴としている。
【００１７】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第３の工程の後に、前
記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の工程と、前記非晶質構
造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質構造を有する半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜
に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜を形成する第６の工程と、前記第１の結晶質
半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶質半導体膜を形成する第７の工程と、前記第
２の結晶質半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する第８の工程と、前記ゲート絶縁膜上に第
１の導電膜と第２の導電膜を形成する第９の工程と、前記第１の導電膜と第２の導電膜を
第１のエッチング処理により第１の形状の導電層を形成する第１０の工程と、前記第１の
形状の導電層の外側に第１の不純物領域を形成する第１１の工程と、前記第１の形状の導
電層を第２のエッチング処理により第２の形状の導電層を形成する第１２の工程と、前記
第２の形状の導電層と重なる第２の不純物領域を形成する第１３の工程と、前記第２の形
状の導電層を第３のエッチング処理により第３の形状の導電層を形成する第１４の工程と
を有することを特徴としている。
【００１８】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第３の工程の後に、前
記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の工程と、前記非晶質構
造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質構造を有する半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜
にレーザー光を照射して結晶質半導体膜を形成する第６の工程と、前記結晶質半導体膜上
にゲート絶縁膜を形成する第７の工程と、前記ゲート絶縁膜上に第１の導電膜と第２の導
電膜を形成する第８の工程と、前記第１の導電膜と第２の導電膜を第１のエッチング処理
により第１の形状の導電層を形成する第９の工程と、前記第１の形状の導電層の外側に第
１の不純物領域を形成する第１０の工程と、前記第１の形状の導電層を第２のエッチング
処理により第２の形状の導電層を形成する第１１の工程と、前記第２の形状の導電層と重
なる第２の不純物領域を形成する第１２の工程と、前記第２の形状の導電層を第３のエッ
チング処理により第３の形状の導電層を形成する第１３の工程とを有することを特徴とし
ている。
【００１９】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第２の絶縁膜の表面に
該非晶質構造を有する半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する第４の工程と、前
記第３の工程の後に、前記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第５
の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜
を形成する第６の工程と、前記第１の結晶質半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶
質半導体膜を形成する第７の工程と、前記第２の結晶質半導体膜上にゲート絶縁膜を形成
する第８の工程と、前記ゲート絶縁膜上に第１の導電膜と第２の導電膜を形成する第９の
工程と、前記第１の導電膜と第２の導電膜を第１のエッチング処理により第１の形状の導
電層を形成する第１０の工程と、前記第１の形状の導電層の外側に第１の不純物領域を形
成する第１１の工程と、前記第１の形状の導電層を第２のエッチング処理により第２の形
状の導電層を形成する第１２の工程と、前記第２の形状の導電層と重なる第２の不純物領
域を形成する第１３の工程と、前記第２の形状の導電層を第３のエッチング処理により第
３の形状の導電層を形成する第１４の工程とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明を用いることにより非晶質半導体膜をレーザーアニール法を用いて作製される結
晶質半導体膜の配向性を高めることができる。さらに、そのような結晶質半導体膜を用い
ることでＴＦＴの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の結晶化方法の工程を示す図。
【図２】本発明の結晶化方法にデュアルビームレーザーアニール法を適用する場合の工程図。
【図３】レーザーアニール法における核生成領域及び結晶成長方向を説明する上面図。
【図４】本発明の結晶化方法に適用するクラスターツール型装置の構成図。
【図５】クラスターツール型装置に付随する反応室の一例を説明する図。
【図６】クラスターツール型装置に付随するレーザー処理室の一例を説明する図。
【図７】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図８】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図９】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図１０】液晶表示装置における画素の構成を説明する上面図。
【図１１】アクティブマトリクス型表示装置の断面図。
【図１２】アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図１３】フロントライトを用いた反射型液晶表示装置の構成を説明する図。
【図１４】ＥＬ表示装置の画素部の構成を説明する断面図。
【図１５】ＥＬ表示装置の画素部の構成を説明する上面図。
【図１６】半導体装置の一例を示す図。
【図１７】半導体装置の一例を示す図。
【図１８】プロジェクターの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施の形態１）
図１（Ａ）において、基板１０１はバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガ
ラスなどのガラス基板を用いている。この基板１０１から成るの絶縁表面上に絶縁膜を２
０〜２００nmの厚さに形成し、エッチング処理により島状絶縁膜１０２を形成する。絶縁
膜の材料に限定はないが、好適には酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜から選択する。島状絶縁膜１０２の形状は任意なものとすれば良いが、例えば、短辺が
１〜２０μmのストライプ状に形成する。また、端部はテーパー状にエッチングすること
が好ましく、その角度は基板面に対して５〜５０度程度として、この上に形成する薄膜の
ステップカバレージを確保する。
【００２３】
下地絶縁膜１０３は酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などで形成
する。下地絶縁膜１０３はこれらの絶縁膜から成る一層で形成しても良いし、二層以上重
ねた積層構造としても良い。下地絶縁膜１０３は必ずしも必要でないが、基板１０１から
アルカリ金属などの不純物が下地絶縁膜１０３上に形成する半導体膜に拡散することを防
ぐために形成することが望ましい。
【００２４】
下地絶縁膜１０３を形成した後、図１（Ｂ）で示すようにハロゲン元素による表面処理
を行う。好適には、原子状フッ素またはフッ素ラジカル１０４の雰囲気中に下地絶縁膜１
０３が形成された基板曝し、その表面をフッ素で被覆することを目的としている。ハロゲ
ン元素には塩素や臭素などを用いても良い。
【００２５】
具体的な一例は、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）または三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入して、
グロー放電分解によりプラズマ化し、原子状フッ素またはフッ素ラジカル１０４を生成し
、下地絶縁膜１０３の表面に供給する方法である。原子状フッ素またはフッ素ラジカルの
生成は、非晶質半導体膜の堆積に使うプラズマＣＶＤ装置で代用することができる。プラ
ズマＣＶＤ装置には、容量結合型または誘導結合型のものをはじめ、ＥＣＲ（電子サイク
ロトン共鳴）プラズマＣＶＤ装置やマイクロ波ＣＶＤ装置などいずれの形式の装置を適用
しても良い。特に、ＥＣＲプラズマやマイクロ波プラズマはガスの分解効率が高いので、
フッ素ラジカルを効率良く生成することができる。
【００２６】
この表面処理で、下地絶縁膜１０３はフッ素で表面の不対結合手（ダングリングボンド
）が終端される。フッ素は電気陰性度が大きいので酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸
化窒化シリコン膜の表面の不対結合手を終端することができる。また、酸素、窒素と置換
して結合し、その表面を被覆することができる。
【００２７】
そして、図１（Ｃ）に示すように非晶質構造を有する半導体膜１０５を２５〜１００nm
の厚さで形成する。非晶質構造を有する半導体膜の代表例は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ
）膜であるが、その他にも非晶質シリコン・ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）膜、非晶質シ
リコン・カーバイト（ａ−ＳｉＣ）膜，非晶質シリコン・スズ（ａ−ＳｉＳｎ）膜などが
適用できる。非晶質構造を有する半導体膜はプラズマＣＶＤ法やスパッタ法、或いは減圧
ＣＶＤ法などにより作製する。代表的には、シリコンを含む上記非晶質構造を有する半導
体膜はシリコンやゲルマニウム、炭素、スズの水素化物を用いて作製する。
【００２８】
そして、非晶質構造を有する半導体膜に対し、結晶化温度を低温化させる効果のある触
媒元素を含む層１０６を形成する。触媒元素はニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）
、金（Ａｕ）などである。例えば、重量換算で１０ppmの触媒元素を含む水溶液をスピナ
ーで塗布して触媒元素を含有する層１０６を形成する。その他の手法として、印刷法やス
プレー法、バーコーター法、或いはスパッタ法や真空蒸着法によって上記触媒元素の層を
１〜５nmの厚さに形成しても良い。
【００２９】
非晶質構造を有する半導体膜１０５が含有する水素量は、結晶化の前に放出させ、膜中
に残留する濃度を５atomic％以下にしておくことが望ましい。そのために４００〜５００
℃で１時間程度の熱処理を行い、非晶質構造を有する半導体膜の含有水素を放出させる。
その後、窒素雰囲気中において５５０〜６００℃で１〜８時間、好ましくは５５０℃で４
時間の熱処理を行い非晶質構造を有する半導体膜１０５の結晶化を行う。この熱処理には
ファーネスアニール炉などを用いる。こうして第１の結晶質半導体膜１０７を得る（図１
（Ｄ））。触媒元素は第１の結晶質半導体膜中に拡散し結晶化に寄与するが、この状態で
表面に残存する３×１０10〜２×１０11atoms/cm2である。
【００３０】
しかし、第1の結晶質半導体膜１０７は、光学顕微鏡による観察で局所的に非晶質領域
が残存していることが確認されることがある。このような状況を、ラマン分光法で解析す
ると、非晶質構造の存在が確認される。シリコン膜の場合は、４８０cm-1にブロードなピ
ークをもつスペクトルが観測される。熱処理の後に行うレーザーアニール法はこのように
残存する非晶質領域を結晶化させる目的において適した方法である。
【００３１】
レーザーアニール法のレーザー光源にはエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4
レーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ＹＬＦレーザーなどの固体レーザーを用いることができ
る。エキシマレーザーは４００nm以下の波長の光を高出力で取り出すことができるので半
導体膜の結晶化に好適に用いることができる。一方、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー
、ＹＡｌＯ3レーザー、ＹＬＦレーザーなどの固体レーザーではその第２高調波（５３２n
m）、第３高調波（３５５nm）、第４高調波（２６６nm）を用いる。光の侵入長により、
第２高調波（５３２nm）を用いる場合には半導体膜の表面及び内部から、第３高調波（３
５５nm）や第４高調波（２６６nm）の場合にはエキシマレーザーと同様に半導体膜の表面
から加熱して結晶化を行うことができる。
【００３２】
図１（Ｅ）はレーザーアニールの工程を示し、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのパルス
発振周波数を１〜１０kHzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜５００mJ/cm2(代表的
には２００〜４００mJ/cm2)として、シリンドリカルレンズなどを含む光学系にて形成し
た線状レーザー光１０８をその長手方向に対し垂直な方向に走査する（或いは、相対的に
基板を移動させて）。線状レーザー光１０８の線幅は１００〜１０００μm、例えば４０
０μmとする。
【００３３】
結晶質半導体膜１０７は島状絶縁膜１０２に沿って形成されている領域Ａと、それ以外
の領域Ｂとにかけて連続して形成されている。また、領域Ｃは領域Ａと領域Ｂとの境界部
とする。図３は図１（Ｅ）の上面図であり、基板１０１の一部を示している。結晶質半導
体膜１０７内に一点差線で示す範囲は後の工程で島状半導体膜１１０が形成される領域で
あり、島状絶縁膜１０２と交差するように形成される。線状レーザー光１０８の長手方向
は島状絶縁膜１０２と図に示すように交差させ、その端部は島状半導体膜１１０の外側に
位置するようにする。そして図３で示す矢印の方向に移動させて基板全面を処理する。
【００３４】
１０〜１００nsecのパルス幅で線状レーザー光１０８が照射されると、第１の結晶質半
導体膜１０７は瞬間的に加熱され溶融状態に達するが、パルスの終了と共に冷却され再び
固相状態に変化する。１〜１０ｋHzのパルス発振周波数に比較してパルス幅は非常に短い
ので、この時の冷却速度及び冷却温度の制御がレーザーアニールでは非常に重要な要素と
なる。
【００３５】
結晶化の過程で結晶核は溶融状態から固相状態へ移る冷却過程で生成形成されるものと
考えられているが、その核発生密度は、溶融状態の温度と冷却速度とに相関があり、高温
から急冷されると核発生密度が高くなる傾向が経験的知見として得られている。島状絶縁
膜１０２が形成されている領域Ａは相対的に体積が増し熱容量が増えるので温度上昇が抑
制され、冷却速度も他の領域と比較して緩やかなものとなる。また、領域Ｃは下方と横方
向に存在する島状絶縁膜１０２の両側に熱が伝播するので、他の領域と比較して最も早く
冷却される。従って、領域Ｃで最初に核生成が始まり、領域Ｃより遅れて固相化の始まる
領域Ａはこの結晶核を中心として領域Ａに向かって基板面に対し水平方向に結晶成長また
は再結晶化が起こる。一方、領域Ｂでは結晶核の発生はランダムであり複数の結晶核から
の結晶成長が相互作用することにより結晶粒の大粒形化は期待できない。
【００３６】
ファーネスアニール炉を用いた熱処理や、レーザーアニール法で作製される結晶質シリ
コン膜は、下地絶縁膜として形成した酸化シリコンや酸化窒化シリコンとシリコン膜との
界面エネルギーが低いため、結晶は＜１１１＞に優先的に配向し、その他にランダムな方
位を持った結晶粒が多数混在していることが電子線回折の解析から知られている。このよ
うな場合、結晶粒界には多数の不対結合手（ダングリングボンド）が形成されてしまう。
一方、ニッケルなどの触媒元素を用いた熱処理で作製した結晶質シリコン膜は、微視的に
見れば複数の針状または棒状の結晶が集合した構造を有していが、隣接する結晶粒の連続
性が高く不対結合手（ダングリングボンド）が殆ど形成されていないと見ることができる
。また、その結晶粒の大部分は＜１１０＞に配向している。その理由の一つとして、ニッ
ケルなどの触媒元素を用いた場合の結晶成長過程は、触媒元素のシリサイド化物が関与し
ているものと考えられ、シリコン膜の膜厚が２５〜１００nmと薄いのでその初期核のうち
（１１１）面が基板表面とほぼ垂直なものが優先的に成長するため、実質的に＜１１０＞
の配向性が高くなると考えられる。しかしながら前述のように酸化シリコンとシリコンと
の界面エネルギーが低いと＜１１１＞晶帯に含まれる他の面方位をとることも可能となる
。従って、その他の配向が若干混在してしまう。
【００３７】
しかし、下地絶縁膜として形成した酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコ
ン膜などの表面をフッ素で終端させておくことにより、界面エネルギーの影響を低減させ
ることができ、実質的にその影響を無視することができる。その結果、結晶の配向性は表
面エネルギーのみに影響されることになり、触媒元素を用いた結晶成長では＜１１０＞の
配向性が高まる。このような効果は通常の熱処理やレーザーアニール法などでも実現する
ことができるが、触媒元素を用いた熱熱処理による結晶化法においてより顕著に得ること
ができる。
【００３８】
こうして作製された結晶質半導体膜１０９はＴＦＴの活性層として利用することができ
る。例えば、図１（Ｆ）に示すように所定の形状にエッチングして島状半導体膜１１０を
形成する。島状絶縁膜１０２上の島状半導体膜１１０は結晶粒の大粒形化が実現されてい
るので、この部分でチャネル形成領域を形成すると、結晶粒界の影響が少ないことに起因
してＴＦＴの動作速度を高めることができる。また、本発明を用いることにより配向性が
揃った結晶質半導体膜を使用することにより電気的特性及びそのバラツキの少ないＴＦＴ
を作製することを可能とする。
【００３９】
（実施の形態２）
実施形態１と同様にして島状絶縁膜１０２、下地絶縁膜１０３を形成しハロゲン元素に
よる表面処理を行う。そして、非晶質構造を有する半導体膜１０５を形成した後、パルス
発振するエキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどの固体レーザーを光源とするレーザーア
ニール法で結晶化を行う。
【００４０】
図２（Ａ）はこのレーザーアニール法において、第１のレーザー光１１１と第２のレー
ザー光１１２とを非晶質構造を有する半導体膜１０５に照射する様子を示している。第１
のレーザー光は基板１０１の非晶質構造を有する半導体膜１０５が形成されている面から
、第２のレーザー光１１２はその反対の面から照射する。勿論、どちらか一方の側からレ
ーザー光を照射すれば結晶化をすることができるが、非晶質構造を有する半導体膜の両面
からレーザー光を照射する方法は、結晶の大粒形化を可能とする。これらのレーザー光は
光学系にて線状或いは長方形状に形成されたものであっても良い。
【００４１】
レーザーアニール法は用いるレーザー光の波長により若干異なる。ＫｒＦやＸｅＣｌな
どの波長４００nm以下のエキシマレーザー光を用いた場合、第１のレーザー光１１１は半
導体膜の表面近傍で吸収され加熱する。また、第２のレーザー光１１２は、石英基板の場
合９０％以上透過して半導体膜の反対側の表面から極浅い領域で吸収される。しかし、ア
ルミノホウケイ酸ガラス基板の場合、透過率は５０％程度であり、下地絶縁膜が形成され
ているとさらに低下する場合がある。一方、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーなどの第
２高調波（５３２nm）を用いる場合には、石英基板及びガラス基板共に８０％以上の透過
率を有している。
この波長の光は、吸収係数からみて半導体膜の内部に達し、膜の内部から加熱される。従
って、レーザー光の選択により照射条件は若干異なるものとなる。しかし、溶融状態から
冷却過程を経て固化する過渡状態において、下地層の下地絶縁膜１０３と島状絶縁膜１０
２の積層構造により、結晶核の発生密度を制御する原理は実施形態１と同様である。
下地絶縁膜１０３の表面に被覆されたハロゲン元素は、半導体膜と下地絶縁膜１０３との
界面の相互作用を低減するのに効果的である。
【００４２】
このように、レーザーアニール法だけを用いても、結晶の大粒形化とその配向性を高め
ることが可能となる。図２（Ｂ）で示すように、結晶質半導体膜１１３はＴＦＴの活性層
として利用することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
実施形態１または２で示すレーザーアニール法を行うのに適した製造装置の一例を図４
〜６を用いて説明する。図４は本発明に適した製造装置の構成を示す図であり、排気手段
４０８が備えられた共通室４０１の周りに複数の反応室または処理室が設けられている。
【００４４】
基板を出し入れするロード／アンロード室４０２には排気手段４０９が設けられ、基板
４００はカセット４１０に装填されている。反応室４０３は、排気手段４１１、基板加熱
手段４１２、グロー放電発生手段４１３、ガス導入手段４１４が設けられ、プラズマＣＶ
Ｄ法で下地絶縁膜や非晶質構造を有する半導体膜を形成することができる。これらの被膜
は、反応室に導入する反応ガスを適宣選択することにより連続して形成することができる
。
【００４５】
洗浄室４１５は、表面をウエット洗浄するところであり、４１６から供給される洗浄液
や純水を用いた処理をするために常圧とし、ガス供給手段４１７により窒素でパージされ
ている。洗浄液や純水はスピナーで基板を回転させて塗布する。従って、共通室４０１と
は搬送ロボットが設けられた中間室４０４を介して連結されている。中間室４０４は排気
手段４４５により真空排気が可能となっている。ガラス基板や下地絶縁膜に対する洗浄液
はフッ酸含有水溶液であり、表面を極僅かエッチングして、表面に付着した有機物やボロ
ン、リンといったクリーンルーム中で付着する汚染物質を除去する。
【００４６】
レーザーアニールを行う処理室４０５には排気手段４１８、ガス導入手段４１８、基板
を移動させるＸ−θステージ４２０、およびレーザー発振器４１９などが備えられている
。
【００４７】
その詳細を図６で説明する。図６において、処理室６０１には排気手段６０２、ガス導
入手段６０３が設けられている。レーザーアニールは常圧下若しくは減圧下のどちらでも
行うことが可能である。雰囲気は大気雰囲気中でも可能であるが、好ましくは窒素または
不活性雰囲気中か還元雰囲気中で行うこと良い。そのため、ガス導入手段６０３では窒素
、水素、アルゴンなどのガスを導入できるようにしておく。レーザー発振器６０９及びそ
の光学系は処理室６０１の外側に設けられている。レーザー発振器６０９にはＫｒＦ、Ｘ
ｅＣｌ、ＡｒＦなどのエキシマレーザーまたはＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＹＬＦレー
ザーなどが適用される。光学系にはシリンドリカルレンズアレイから成るビームホモジナ
イザ６１０、シリンドリカルレンズ６１１、ダブレットシリンドリカルレンズ６１６、６
１７の光学レンズとミラー６１３〜６１５、ビームスプリッタ６１２から成っている。こ
れらの光学系によりレーザー光は線状に形成され処理室６０１に設けられた石英製の窓６
０７、６０８を通してステージ６０４に保持された基板６００に照射される。ステージ６
０４はレール６１８上を移動し、ステッピングモーターにより数十〜数百μｍの精度で移
動させることができる。ビームスプリッタ６１２ではレーザー光６１９を２分割し、第１
の線状レーザー光６２０と第２の線状レーザー光６２１とに分割しているが、レーザーア
ニールの他の実施形態として、片側一方から照射するようにしても良い。
【００４８】
反応室４０６は、触媒元素を含有する層をグロー放電法で形成するための部屋であり、
排気手段４２３、ガス導入手段４２６、基板加熱手段４２４、グロー放電発生手段４２５
が設けられている。グロー放電発生手段には高周波電源と反応室４０６中で放電を発生さ
せるための高周波電極を含んでいる。高周波電極は触媒元素として作用するＮｉ、Ｆｅ、
Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種の元素を含む
材料で形成しておく。このような高周波電極を用い、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガス
雰囲気中でグロー放電を発生させると、生成されるイオン種により高周波電極がスパッタ
され対向側に置かれた基板表面に付着させることができる。その密度は１×１０10〜１×
１０12/cm2となるようにグロー放電の電力密度や処理時間を制御する。
【００４９】
反応室４０７は非晶質構造を有する半導体膜の形成及びハロゲン元素による表面処理を
行うものである。反応室４０７には排気手段４２７、基板加熱手段４２８、グロー放電発
生手段４２９、ガス導入手段４３０が備えられ、さらにマイクロ波プラズマを用いてハロ
ゲン元素を供給する手段が設けられている。これは、マイクロ波発振器（代表的には２．
４５GHz）４３１、導波管４３２、キャビティー４３３、ガス導入手段４３５、排気手段
４３４、導入管４３６が備えられている。
【００５０】
これらの反応室または処理室は共通室４０１と仕切弁４３９〜４４４で分離されていて
、共通室４０１に設けられたロボットアーム４３７により基板４００を搬送する。反応室
のガス系及び排気系が分離独立しているために、コンピュータ制御によりそれぞれ独立し
て同時に処理及び反応を行うことも可能である。
【００５１】
図５は反応室４０７の構成を詳細に説明する図である。反応室５０１には排気手段５０
２、ガス導入手段５１１が設けられている。ガス導入手段は反応ガスや希釈用ガスが充填
されたシリンダーやガスの流量を制御するマスフローコントローラーなどが備えられてい
る。反応ガスには非晶質半導体膜を堆積するためにＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＧｅＨ4、ＳｉＦ
4、ＧｅＦ4、ＣＨ4などを用い、希釈用ガスにはＨｅ、Ｈ2などを用いる。これらの反応ガ
スを分解して被膜を形成するためにグロー放電を発生させるための高周波電極５０５は、
インピーダンス整合をとるマッチング回路５０４を介して高周波電源（１３．５６〜７５
MHz）５０３と接続している。基板５００はヒーター５１４及びヒターコントローラー５
１３を備えたステージ５１２上に保持されている。また、プッシャーピン５１５により持
ち上げる機構があり、ロボットアームによる基板の搬送に対応している。ハロゲン元素に
よる表面処理はＳｉＦ4、ＮＦ3、ＣＦ4などのフッ素系ガスを反応室に導入し、同様に高
周波電力を印加してグロー放電を発生させて原子状フッ素またはフッ素ラジカルを生成す
る。より効率よくガスを分解するためにはマイクロ波電力を印加する方法も採用できる。
図５で示す一例は、ガス供給手段５０９、キャビティー５１０、整合器５０８、導波管５
０７、マイクロ波発振器５０６が備えられていて、キャビティー内でマイクロ波プラズマ
を発生させ、そこで生成された原子状フッ素またはフッ素ラジカルを反応室内に導入する
。
【００５２】
図４に示すような装置を用いた作製方法の一例は、図１で示す工程において下地絶縁膜
１０３から第２の結晶質半導体膜１０９までの作業を大気雰囲気に基板を晒すことなく連
続して行うことができる。その工程の一例を、図１と図４を参照しながら説明する。
【００５３】
まず、島状絶縁膜１０２が形成された基板１０１をロード／アンロード室４０２にセッ
トし真空排気する。ロード／アンロード室４０２が共通室４０１と同程度の圧力になった
ら下地絶縁膜を形成する反応室４０３へ搬送手段４３７を用いて搬送する。反応室４０３
では、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜な
どの下地絶縁膜１０３を形成する。反応ガスはＳｉＨ4、ＴＥＯＳ、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3などを
選択する。
【００５４】
次に、ハロゲン元素による表面処理を行うために基板１０１を反応室４０７に移動させ
る。表面処理はマイクロ波プラズマにより生成された原子状フッ素またはフッ素ラジカル
を生成して行う。下地絶縁膜表面にフッ素を吸着させ反応させるためには、基板温度は然
程高くする必要はなく１００〜２５０℃の範囲とする。原子状フッ素またはフッ素ラジカ
ルはＳｉＦ4やＮＦ3から解離したフッ素を用いる。マイクロ波でプラズマを形成した場合
、基板にはセルフバイアスがかからないので、イオン種による基板のダメージを低減する
ことができる。
【００５５】
触媒元素を含有する層の形成は、ハロゲン元素による表面処理が施された基板を反応室
４０６に搬送して行う。グロー放電発生手段４２５は、図５で示すような容量結合型の平
行平板電極である。陰極または陰極の表面を触媒元素を含む材料で形成する。ハロゲン元
素による表面処理が施された基板表面に触媒元素を含む層１０６を形成するためには、Ｈ
ｅ、Ａｒなどの不活性ガスでグロー放電を形成し、陰極からスパッタされ放出される触媒
元素を利用する。
【００５６】
表面処理が終わったら続けて非晶質半導体膜１０５の形成をプラズマＣＶＤ法で行う。
図５に示す構成は容量結合型の平行平板方式の反応室であるが、基板温度を４００℃とし
てＳｉＨ4とＸｅの混合ガスで非晶質シリコン膜を形成すると、励起状態のＸｅによりＳ
ｉＨ4の分解と表面反応が促進され、膜中の水素量を５atomic％以下にすることができる
。基板温度が４００℃以下でも結晶化するのに適した非晶質半導体膜を形成することがで
きるが、含有水素量が５atomic％以上の場合には減圧下で３００〜４５０℃の熱処理を必
要とする。減圧下で熱処理を行うことにより、４００℃程度でも十分膜中の水素を放出さ
せることが可能となる。
【００５７】
レーザーアニールは処理室４０５で行う。レーザー発振器はＮｄ：ＹＡＧレーザーを用
い、そのパルス発振周波数を１〜１０kHzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜５０
０mJ/cm2(代表的には１００〜４００mJ/cm2)として、シリンドリカルレンズなどを含む光
学系にて形成した線状レーザー光をその長手方向に対し垂直な方向に走査して（或いは、
相対的に基板を移動させて）する。重ね合せ率は８０〜９９％（好ましくは、９５〜９９
％）として行う。線状レーザー光１１０７の線幅は１００〜１０００μm、例えば４００
μmとする。
【００５８】
レーザーアニールを行った基板は、搬送ロボットにより再びロード／アンロード室４０
２に戻される。こうして、図４示す構成の製造装置によって、図１（Ａ）〜（Ｅ）までの
工程を連続して行うことができる。ここで着目すべき点は、図４に示すような、共通室と
反応室が仕切弁を介して連結したマルチチャンバ方式の装置を用いることにより、下地絶
縁膜や非晶質半導体膜の表面を大気に晒すことなくレーザーアニールの工程まで行うこと
ができる点にある。その結果、表面の有機物汚染や酸化反応を防ぐことができる。特に非
晶質半導体膜の表面に形成される自然酸化膜は、レーザーアニールによって作製される結
晶質半導体膜の表面を凹凸化させる原因となる。
【００５９】
図４では実施形態１または２で示すレーザーアニール法を行うのに適した製造装置の一
例を示したが、製造装置の構成はこれに限定されるものではない。反応室の数やその連結
方法、また、基板の搬送方法やその手順などに格段の限定事項はない。
【００６０】
（実施の形態４）
実施形態１では非晶質構造を有する半導体膜１０５をシリコンやゲルマニウムの水素化
物から作製する方法を示した。本実施形態ではハロゲン元素を含むガスを用いて作製する
例について示す。
【００６１】
本実施形態の作製方法の特徴は、非晶質構造を有する半導体膜１０５はハロゲン元素と
水素を含む反応ガスで形成することにある。具体的には、非晶質構造を有する半導体膜と
して例えば非晶質シリコン膜を作製する時にハロゲン元素と水素とを混合させる。ハロゲ
ン元素としては特にフッ素を用いると良く、フッ素はシリコンに対しエッチングする作用
があり、膜の堆積過程において結合の弱い部分を優先的にエッチングする。また、水素を
供給することにより膜中に残存してしまうフッ素濃度を低減させることができる。そして
、フッ素と水素の作用を利用してボイドや空孔の少ない緻密な非晶質シリコン膜を作製す
ることができる。
このような効果は非晶質シリコン膜の他に非晶質シリコン・ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ
）膜、非晶質炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）膜、非晶質シリコン・スズ（ａ−ＳｉＳｎ）膜
などにも適用することができる。
【００６２】
フッ素と水素の供給方法は、非晶質半導体膜として非晶質シリコン膜を作製する場合に
は、反応ガスとして四フッ化珪素（ＳｉＦ4）と水素（Ｈ2）、またはＳｉＦ4とＳｉＨ4、
またはＳｉＦ4とＳｉＨ4とＨ2の組み合わせを選択することができる。ＳｉＦ4の代わりに
トリフロロシラン（ＳｉＨＦ3）、ジフロロシラン（ＳｉＨ2Ｆ2）、モノフロロシラン（
ＳｉＨ3Ｆ）を適用することもできる。また、ＳｉＨ4とＦ2を直接反応させても良い。さ
らに、非晶質シリコン・ゲルマニウム膜を作製する場合にはゲルマン（ＧｅＨ4）や四フ
ッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）を、非晶質炭化シリコンを作製する場合にはメタン（ＣＨ4
）や四フッ化メタン（ＣＦ4）などを、非晶質シリコン・スズ膜を形成する場合には水素
化スズ（ＳｎＨ4）を適宣添加すれば良い。
【００６３】
非晶質構造を有する半導体膜１０５の厚さは２５〜１００nmの厚さで形成する。膜の堆
積初期の段階ではフッ素の効果により下地膜１０３の表面をフッ素化することができる。
【００６４】
このようにフッ素と水素とを含む反応ガスで作製された非晶質構造を有する半導体膜１
０５には、成膜時の基板温度にも依存するが、膜中に水素が０．１〜２０atomic%、フッ
素が０．１〜１０atomic%含有するように形成する。膜中に残存するフッ素や水素はその
後の熱結晶化の工程で膜中から放出されて膜中に残存する濃度はさらに低下するが、緻密
化した非晶質半導体膜と、最表面をフッ素で終端した下地膜との相互作用により＜１１０
＞の配向性をより高めることができる。
【実施例１】
【００６５】
本発明の結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製する方法の一例について示す。
本実施例で示すのは表示装置の一例であり、画素部の画素ＴＦＴ及び保持容量と、表示領
域の周辺に設ける駆動回路のＴＦＴを同時に作製する方法について説明する。
【００６６】
図７（Ａ）において、基板７０１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
ス基板などを用いる。このようなガラス基板は加熱温度により僅かながら収縮するので、
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く。
【００６７】
基板７０１で形成される絶縁表面上には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ2を用いて
酸化シリコン膜を２００nmの厚さに形成する。そして、この酸化シリコン膜からＴＦＴの
チャネル形成領域を形成する位置に合わせて島状絶縁膜７０２ａ〜７０２ｅを形成する。
島状絶縁膜７０２ａ〜７０２ｅの端部には５〜５０度のテーパー部を形成するためにＣＨ
Ｆ3を用いてドライエッチング法で行う。その上に、基板７０１からの不純物汚染を防ぐ
ために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成
る下地絶縁膜７０３を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製さ
れる酸化窒化シリコン膜１０２を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚
さに形成する。
【００６８】
その後、下地絶縁膜として形成した酸化窒化シリコン膜７０３の表面処理を行いその表
面をフッ素化する。例えば、ＳｉＦ4ガスまたはＮＦ3ガスを導入し、高周波電力を印加し
て前記ガスをプラズマ化し、原子状フッ素またはフッ素ラジカル７０４を生成させる。或
いは、実施形態３で示すようなマイクロ波プラズマを用いても良い。こうして形成した原
子状フッ素またはフッ素ラジカル７０４に酸化窒化シリコン膜７０３の表面を晒すことに
より、表面にフッ素またはフッ素ラジカルが供給され、表面をフッ素で被覆することがで
きる。フッ素は電気陰性度が酸素よりも大きいので、酸素を置換してフッ素で表面の結合
手を終端させることができる。
【００６９】
そして、図７（Ｂ）に示すように下地絶縁膜７０３上に非晶質シリコン膜７０５をプラ
ズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法で形成する。プラズマＣＶＤ法では、ＳｉＨ4またはＳ
ｉ2Ｈ6、或いは、ＳｉＦ4とＨ2、またはＳｉＦ4とＳｉＨ4、またはＳｉＦ4とＳｉＨ4とＨ
2の組み合わせを選択することもできる。基板温度は２００〜４００℃、電力密度０．１
〜１W/cm2で放電させ、堆積速度０．１〜５nm/secで５５nmの厚さに非晶質シリコン膜７
０５を形成する。
【００７０】
また、実施形態３で説明したように、図４に示す構成の装置を用いれば下地絶縁膜、ハ
ロゲン元素による表面処理、非晶質シリコン膜の形成までを大気に晒すことなく減圧下で
連続して行うことができる。その結果、有機物汚染やボロン、リンといった環境からの汚
染が防止され、各界面を清浄な状態に保持することができる。
【００７１】
結晶化は実施形態１で示す触媒元素を用いた結晶化法、または実施形態２で示すレーザ
ーアニール法のどちらでも採用可能である。いずれにしても、表質シリコン膜の結晶化に
必要なエネルギー７０６を与えて結晶化させる。例えば、１００Ｈｚでパルス発振するＸ
ｅＣｌエキシマレーザー（３０８nm）を用い、線幅３００μmの線状レーザー光（長手方
向は任意とする）として、エネルギー密度３００mJ/cm2で重ね合わせ率９５％にて基板全
面を走査する。このとき、図６で示すような構成の処理室において半導体膜７０５の両面
からレーザー光を照射しても良い。こうして、結晶質シリコン膜７０７を形成する。表面
処理を行うことで、＜１１０＞の配向性を高めることができる。
【００７２】
次に、図８（Ａ）で示すように結晶質シリコン膜７０７を、下地絶縁膜７０２ａ〜７０
２ｅに合わせてエッチング処理して島状半導体膜７０８〜７１２を形成する。島状半導体
膜は下地絶縁膜の上部及び端部を覆い、さらにその周辺に延在するように形成する。
【００７３】
ゲート絶縁膜７１３はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０
ｎｍの厚さで形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜から形成する。
また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製する酸化窒化シリコン膜は膜中の固定電荷
密度を低減させることが可能となり、ゲート絶縁膜として好ましい材料である。勿論、ゲ
ート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、酸化シリコン膜や
酸化タンタル膜などの絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００７４】
また、ゲート絶縁膜の形成に先立って、図４に示す構成の装置を用いれば、島状半導体
膜の表面に付着した汚染物の除去を洗浄室４１５で行うことができる。
島状半導体膜の洗浄は、オゾン含有の純水で表面を酸化させ、その酸化膜をフッ酸含有水
溶液で除去する方法が効果的である。
【００７５】
そして、ゲート絶縁膜７１３上にゲート電極を形成するための第１の導電膜７１４と第
２の導電膜７１５とを形成する。本実施例では、第１の導電膜７１４を窒化タンタルまた
はチタンで５０〜１００nmの厚さに形成し、第２の導電膜７１５をタングステンで１００
〜３００nmの厚さに形成する。これらの材料は、窒素雰囲気中における４００〜６００℃
の熱処理でも安定であり、抵抗率が著しく増大することがない。
【００７６】
次に図８（Ｂ）に示すように、レジストによるマスク７１６を形成し、ゲート電極を形
成するための第１のエッチング処理を行う。エッチング方法に限定はないが、好適にはＩ
ＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いる。エッ
チング用ガスにＣＦ4とＣｌ2を混合し、０．５〜２Pa、好ましくは１Paの圧力でコイル型
の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側（
試料ステージ）にも１００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイア
ス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した場合にはタングステン膜、窒化タンタル膜及
びチタン膜の場合でも、それぞれ同程度の速度でエッチングすることができる。
【００７７】
上記エッチング条件では、レジストによるマスクの形状と、基板側に印加するバイアス
電圧の効果により端部をテーパー形状とすることができる。テーパー部の角度は１５〜４
５°となるようにする。また、ゲート絶縁膜上に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と良い。Ｗ膜に対する酸化
窒化シリコン膜の選択比は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、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされる。こうし
て、第１のエッチング処理により第１の導電膜と第２の導電膜から成る第１の形状の導電
層７１８、７１９７２０、７２２（第１の導電層７１８ａ、７１９ａ、７２０ａ、７２２
ａと第２の導電層７１８ｂ、７１９ｂ、７２０ｂ７２２ｂ）を形成する。第１の形状の導
電層７１７、７２１は同時に島状半導体膜の外側に形成する配線であり、第１の形状の導
電層７２１は画素部においてソース配線を形成する。また、第１の形状の導電層７２３は
各画素に設ける保持容量を形成するための一方の電極であり、この工程で同時に形成され
る。７２４はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層で覆われない領域は２０〜５０nm
程度エッチングされ薄くなる。
【００７８】
そして、第１のドーピング処理を行いｎ型を付与する不純物元素を添加する。
ドーピングの方法はイオンドープ法若しくはイオン注入法で行う。イオンドープ法の条件
はドーズ量を１×１０13〜５×１０14atoms/cm2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。この場
合、第１の形状の導電層７１８、７１９、７２０、７２２はドーピングする元素に対して
マスクとなり、加速電圧を適宣調節（例えば、２０〜６０keV）して、ゲート絶縁膜７２
１の薄くなっている部分を通過した不純物元素により第１の不純物領域７２２〜７２６を
形成する。例えば、第１の不純物領域７２５〜７２９おけるリン（Ｐ）濃度は１×１０20
〜１×１０21atomic/cm3の範囲となるようにする。
【００７９】
さらに図８（Ｃ）に示すように第２のエッチング処理を行う。エッチングはＩＣＰエッ
チング法を用い、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2を混合して、１Paの圧力でコイル
型の電極に５００ＷのＲＦ電力(13.56MHz)を供給してプラズマを生成する。基板側（試料
ステージ）には５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、第１のエッチング処理に比べ低
い自己バイアス電圧を印加する。このような条件によりタングステン膜を異方性エッチン
グし、第１の導電層である窒化タンタル膜またはチタン膜を残存させるようにする。こう
して、第２の形状の導電層７３０〜７３７（第１の導電膜７３０ａ〜７３７ａと第２の導
電膜７３０ｂ〜７３７ｂ）を形成する。７３８はゲート絶縁膜であり、第２の形状の導電
層７２７〜７３０で覆われない領域はさらに２０〜５０nm程度エッチングされて膜厚が薄
くなる。
【００８０】
タングステン膜や窒化タンタル膜のＣＦ4とＣｌ2の混合ガスによるエッチング反応は、
生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することができる。タ
ングステンとタンタルのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、タングステンのフッ化
物であるＷＦ6が極端に高く、その他のＷＣｌ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5は同程度である。従
って、ＣＦ4とＣｌ2の混合ガスではタングステン膜及び窒化タンタル膜共にエッチングさ
れる。しかし、この混合ガスに適量のＯ2を添加するとＣＦ4とＯ2が反応してＣＯとＦに
なり、ＦラジカルまたはＦイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高い
タングステン膜のエッチング速度が増大する。一方、窒化タンタルはＦが増大しても相対
的にエッチング速度の増加は少ない。また、窒化タンタルはタングステンに比較して酸化
されやすいので、Ｏ2を添加することで窒化タンタルの表面が酸化される。窒化タンタル
の酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらに窒化タンタル膜のエッチング速度は低下
する。従って、タングステン膜と窒化タンタル膜とのエッチング速度に差を作ることが可
能となりタングステン膜のエッチング速度を窒化タンタル膜よりも大きくすることが可能
となる。
【００８１】
そして、図９（Ａ）に示すように第２のドーピング処理を行う。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７０〜１２０ｋｅＶとし、１×１０13/cm2のドーズ量で行い、図８（
Ｂ）で島状半導体膜に形成された第１の不純物領域の内側に不純物領域を形成する。ドー
ピングは、第２の形状の導電層７３１ｂ、７３２ｂ、７３３ｂ、７３６ｂを不純物元素に
対するマスクとして用い、第２の導電層７３１ａ、７３２ａ、７３３ａ、７３６ａの下側
の領域に不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第２の導電層７３１
ａ、７３２ａ、７３３ａ、７３６ａと重なる第２の不純物領域７３８〜７４２が形成され
る。この不純物領域は、第２の導電層７３１ａ、７３２ａ、７３３ａ、７３６ａがほぼ同
じ膜厚で残存していることから、第２の導電層に沿った方向における濃度差は小さく、１
×１０17〜１×１０19atoms/cm3の濃度で形成する。
【００８２】
そして、図９（Ａ）に示すように、第３のエッチング処理を行い、ゲート絶縁膜７３８
のエッチング処理を行う。その結果、第２の導電層７３０ａ〜７３７ａもエッチングされ
、端部が後退して小さくなり、第３の形状の導電層７４３〜７４９が形成される。図中で
７５０〜７５６は残存するゲート絶縁膜である。
【００８３】
そして図９（Ｂ）に示すように、レジストマスク７５７を形成し、ｐチャネル型ＴＦＴ
を形成する島状半導体層７０８にｐ型を付与する不純物元素をドーピングする。ｐ型を付
与する不純物元素として１３族に属する元素であり、典型的にはボロン（Ｂ）を用いる。
第３の不純物領域７５８の不純物濃度は２×１０20〜２×１０21atoms/cm3となるように
する。不純物領域７５８にはリンが添加されているが、その１．５〜３倍の濃度でボロン
を添加して導電型を反転させておく。
【００８４】
以上までの工程でそれぞれの島状半導体層に不純物領域が形成される。第３の導電層７
４４、７４５、７４６、７４８はゲート電極となり、第３の導電層７５０、７５４は配線
として利用する。特に、第３の導電層７５４は画素部においてソース配線となる。また、
第３の導電層７４９は各画素毎に形成する保持容量の一方の電極となる。
【００８５】
その後、図９（Ｃ）に示すように、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜から成る
保護絶縁膜７５９をプラズマＣＶＤ法で形成する。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。活性化はファーネ
スアニール炉を用いる熱アニール法で行うことが好ましい。その他に、レーザーアニール
法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することもできる。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。その結果、保護絶縁膜７５９中の水素が放出させ、島状半導体膜中
に拡散させることで水素化を同時に行うことができる。
【００８６】
触媒元素を用いた結晶化法で作製された島状半導体膜には、触媒元素が残留する。しか
し、この触媒元素はリンによるゲッタリング作用を用いて除去することができる。図８（
Ｂ）で示す工程において、島状半導体層７０８〜７１２にはリンが添加された第１の不純
物領域７２５〜７２９が一旦形成される。活性化のための熱処理で、触媒元素をリンが添
加されている領域にゲッタリングすることが可能である。即ち、チャネル形成領域から触
媒元素を除去することができる。
【００８７】
水素化は３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱
処理を行っても良い。いずれにしても、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）を行うことも可能である。
【００８８】
層間絶縁膜７６０は、ポリイミド、アクリルなどの有機絶縁物材料で形成し表面を平坦
化する。勿論、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Ortho silicate）を用いて形
成される酸化シリコン膜を適用しても良いが、平坦性を高める観点からは前記有機物材料
を用いることが望ましい。
【００８９】
次いで、コンタクトホールを形成し、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）
、タンタル（Ｔａ）などを用いて、接続電極７６１、７６７、ソースまたはドレイン配線
７６２〜７６６を形成する。また、画素電極７６８、ゲート配線７７０、容量配線７６９
を形成する。
【００９０】
以上の様にして、ｐチャネル型ＴＦＴ８０３、ｎチャネル型ＴＦＴ８０４、ｎチャネル
型ＴＦＴ８０５を有する駆動回路８０１と、画素ＴＦＴ８０６、保持容量８０７とを有す
る画素部８０２を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を
便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００９１】
駆動回路８０１のｎチャネル型ＴＦＴ８０４はチャネル形成領域８１０、第３の導電層
７４５から成るゲート電極と重なる第２の不純物領域８１１（Gate Overlapped Drain：
ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される第２の不純物領域８１２（Lightly Dope
d Drain：ＬＤＤ領域）と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８１３を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ８０５も同様な構成とし、チャネル形成領域
８１４、第３の導電層７４６から成るゲート電極と重なる第２の不純物領域８１５、ゲー
ト電極の外側に形成される第２の不純物領域８１６と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８１７を有している。ｐチャネル型ＴＦＴ８０３にはチャネ
ル形成領域８０８、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８０
９を有している。
【００９２】
画素部８０２の画素ＴＦＴ８０６にはチャネル形成領域８１８、ゲート電極を形成する
第３の導電層７４８と重なる第２の不純物領域８１９（ＧＯＬＤ領域）
、ゲート電極の外側に形成される第２の不純物領域８２０（ＬＤＤ領域）とソース領域ま
たはドレイン領域として機能する第１の不純物領域８２１、８２２、８２３を有している
。また、保持容量８０７の一方の電極として機能する半導体層７１２には第１の不純物領
域８２５、第２の不純物領域８２４が形成されている。保持容量は容量配線７４９とその
間の絶縁層（ゲート絶縁膜と同じ層）と半導体層７１２で形成されている。
【００９３】
このように、チャネル形成領域は島状半導体層が島状絶縁膜と重なる領域に形成される
ようにする。島状絶縁膜上の島状半導体膜は結晶粒の大粒形化が実現されているので、こ
の部分でチャネル形成領域を形成すると、結晶粒界の影響が少ないことに起因してＴＦＴ
の動作速度を高めることができる。
【００９４】
図１０は、図９（Ｃ）で示す画素部８０２の上面図を示す。図１０において、Ａ−Ａ'
線が図９（Ｃ）で示す断面図に対応している。本実施例で示す画素構造は、ソース配線７
４７が層間絶縁膜７６０の下に形成される構造であり、層間絶縁膜７６０上に形成される
画素電極７６８をソース配線７４７とオーバーラップさせて形成している。また、島状半
導体層７１１は、ゲート電極７４８との交差部（チャネル形成領域）上にゲート配線７７
０が形成され、遮光性を持たせている。このような構成とすることにより、画素電極の面
積を大きくすることが可能であり、開口率を向上させることができる。
【００９５】
また、本実施例で示す工程に従えば、アクティブマトリクス基板の作製に必要なフォト
マスクの数を６枚（島状絶縁膜パターン、島状半導体層パターン、第１配線パターン（ゲ
ート配線、島状のソース配線、容量配線）、ｎチャネル領域のマスクパターン、コンタク
トホールパターン、第２配線パターン（画素電極、接続電極含む））とすることができる
。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することができ
る。
【実施例２】
【００９６】
本実施例では、実施例１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以下に説明する。まず、実施例１に従い、図９（Ｃ
）の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１１で示すように柱状のスペーサ９０
１を形成する。このような柱状スペーサは、感光性の樹脂膜を形成し、露光及び現像処理
して所定の位置に形成する。感光性の樹脂膜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、クリーンオーブンを用い１５０〜２００℃で加
熱して硬化させて形成する。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、柱状スペーサ９０１の高さは２
〜７μm、好ましくは４〜６μmとし、そ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。その上に配向膜９０２を形成しラビング処理をする。
【００９７】
対向基板９０４には対向電極９０５を形成し、配向膜９０６を形成した後ラビング処理
を行う。そして、アクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤９０３で貼り合わせ
る。シール剤９０３にはフィラーが混入されていて、このフィラーとスペーサ９０１によ
って均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせることができる。その後、両基板の間に
液晶材料９０７を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料には公
知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１１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。
【００９８】
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１２の斜視図を用いて説明
する。図１２では、図９〜図１１との関連を明確にするため、共通する符号を用いて説明
する。図１２においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板７０１上に形成された、
画素部８０２と、駆動回路８０１とその他の信号処理回路９１３とで構成される。駆動回
路はゲート配線７７０に接続するものと、ソース配線７４７に接続するものとで構成がこ
となり、それぞれ別々に形成される。画素部８０２には画素ＴＦＴ８０６と保持容量８０
７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。画素ＴＦＴ８０６はゲート配線７７０とソース配線７４７の交点に応じて設けら
れている。また、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）９
１０が外部入力端子９１１に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。
そして接続配線９１２でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板９０４には
図示していないが透明電極が設けられている。
【００９９】
このようにして作製されるアクティブマトリクス型液晶表示装置は反射型であり、携帯
型情報端末の表示装置として好適に用いることができる。特に、本発明のレーザーアニー
ル法を採用することにより、作製されるＴＦＴは高速動作が可能となり、駆動回路を一体
形成したアクティブマトリクス型液晶表示装置の高精細化やデジタル駆動などを可能とす
ることができる。
【実施例３】
【０１００】
図９（Ｃ）または図１０において（実施例１）、画素電極７６８を透明導電膜で形成す
れば、透過型の表示装置を形成することができる。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する。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。また、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。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。
【実施例４】
【０１０１】
図１３は本発明の画素構造を用いて作製される反射型液晶表示装置のアクティブマトリ
クス型液晶表示装置を直視型の表示装置として用いる例を示す。アクティブマトリクス基
板１３０３には画素部１３０１及び駆動回路部１３０２が形成され、シール材１３０６に
より対向基板１３０４が接着され、その間に液晶層１３０５が形成されている。
【０１０２】
図１３の構成は、フロントライトを用いた反射型液晶表示装置の例であり、偏光板１３
０７上にフロントライトシステム１３０８を設ける。反射型液晶表示装置は、昼間明るい
場所では外光を利用して画像の表示を行うが、夜間など十分な外光を導入できない場合に
は、フロントライトを用いて表示を行う方式を採用することができる。いずれにしても、
本発明の画素構造とすることにより、画素部における画素電極の占める割合が大きくなり
、明るい画像表示を実現することができる。また、フロントライトを用いる場合には、照
射する光の強度を小さくすることができ、このような液晶表示装置を組み込んだ電子装置
の消費電力を少なくすることができる。
【実施例５】
【０１０３】
本実施例では、実施例１で示したアクティブマトリクス基板を、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装置（以下、ＥＬ表示
装置と記す）に適用する場合について説明する。
【０１０４】
図１４は画素部の断面図を示し、スイッチング用ＴＦＴ９０１、電流制御用ＴＦＴ９０
２、保持容量９０３が形成されている様子を示す。これらのＴＦＴは実施例１と同様の工
程で作製される。スイッチング用ＴＦＴ９０１はｎチャネル型ＴＦＴであり、ゲート電極
９５１の下の半導体層９５５にチャネル形成領域９０４、ＬＤＤ領域となる第２の不純物
領域９０５、ソースまたはドレイン領域となる第１の不純物領域９０６を有している。そ
して、半導体層９５５はソース配線９５３と接続電極９６１により接続されている。
【０１０５】
電流制御用ＴＦＴ９０２はｐチャネル型ＴＦＴであり、ゲート電極９５２の下の半導体
層９５６にチャネル形成領域９０７、ソースまたはドレイン領域となる第３の不純物領域
９０８を有している。そして、電流制御用ＴＦＴ９０２のソース側は電源線９６４と接続
し、ドレイン側はドレイン電極９６５と接続している。さらに、ドレイン電極９６５には
透明導電膜で形成される画素電極９６６が接続している。また、容量配線９５２と半導体
層９５６とが重なる領域において保持容量９０３が形成される。また、保護絶縁膜９５９
、層間絶縁膜９６０は実施例１と同様のものとする。
【０１０６】
図１４の断面図は、図１５の画素部の上面図で示すＢ−Ｂ’線に対応したものである。
ソース配線９５３は、画素電極９６７及び隣接する画素電極９７１の下側に形成され、端
部がソース配線７５３と重なり部を形成することにより遮光性を高めている。
【０１０７】
画素部には、絶縁膜でなるバンク９６７が形成され、溶液塗布によりポリビニルカルバ
ゾールなどの材料でなる発光層９６８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９６９、アルミニウム合金でなる陰
極９７０が形成される。この場合、陰極９７０がパッシベーション膜としても機能する。
こうして自発光型のＥＬ素子が形成される。
本実施例の場合、発光層９６８で発生した光はアクティブマトリクス基板の方に向かって
放射される。
【０１０８】
このように、本発明の画素構造とすることにより、アクティブマトリクス型の自発光表
示装置において開口率を向上させることができる。その結果、明るく鮮明な画像表示を可
能とする。
【実施例６】
【０１０９】
本実施例では、本発明の表示装置を組み込んだ半導体装置について示す。このような半
導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオ
カメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例
を図１６と図１７に示す。
【０１１０】
図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体２９０１、音声出力部９００２、音声入力部２９
０３、表示装置２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６から構成されている
。本発明は表示装置２９０４に適用することができ、特に、実施例４で示す反射型の液晶
表示装置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１１】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９
１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。
本発明は表示装置９１０２に適用することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶
表示装置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１２】
図１６（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カ
メラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成され
ている。本発明は表示装置９２０５に適用することができる。
特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１３】
図１６（Ｄ）はテレビ受像器であり、本体９４０１、スピーカー９４０２、表示装置９
４０３、受信装置９４０４、増幅装置９４０５等で構成される。本発明は表示装置９４０
３に適用することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化
の観点から適している。
【０１１４】
図１６（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒
体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディス
ク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するもので
ある。直視型の表示装置９５０２、９５０３は特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装
置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１５】
図１７（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、
表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。本発明は表示装置９６０３に適用
することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化の観点か
ら適している。
【０１１６】
図１７（Ｂ）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９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０
４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉ
ｇｔｉａｌ 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。本発明は表示装置９７０２に適用することがで
きる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化の観点から適している
。
【０１１７】
図１７（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体９８０１、表示装置９８０２、接眼部９８
０３、操作スイッチ９８０４、受像部（図示しない）で構成される。本発明は表示装置９
８０２に適用することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電
力化の観点から適している。
【０１１８】
図１８（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３６
０２で構成される。本発明は投射装置３６０１やその他の信号制御回路に適用することが
できる。
【０１１９】
図１８（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で構成される。本発明は投射装置３７０２やその他の信
号制御回路に適用することができる。
【０１２０】
尚、図１８（Ｃ）は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）中における投射装置３６０１、３
７０２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３８
０１、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１８（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。
【０１２１】
また、図１８（Ｄ）は、図１８（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３８
１２、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１８（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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶構造を有する半導体膜を用いた半導体装置及びその作製方法に関する。
本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用した装置全般を指すものとし、薄膜
トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を用いて作製される液晶表示装置やエレクトロルミ
ネッセンス（以下、ＥＬと記す）材料などを用いた自発光型表示装置に代表される電気光
学装置及び該電気光学装置を部品として使用する電子装置を範疇に含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板または石英基板上の非晶質半導体膜を光や熱のエネルギーにより結晶化させ
て結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶質半導体膜と記す）を作製する技術が開発され
ている。ファーネスアニール炉を用いた熱処理により結晶質半導体膜を得る方法の他に、
エキシマレーザー光やＹＡＧレーザー光などのレーザー光を用いる方法はレーザーアニー
ル法が知られている。
【０００３】
非晶質シリコン膜を熱処理して結晶化させるためには、６００℃以上の温度で１０〜２
４時間程度加熱処理する必要がある。しかし、このような温度で長時間の熱処理が要求さ
れる製造プロセスはスループットが低下し、生産性が低下する難点がある。
【０００４】
一方、レーザーアニール法は、２００〜５００mJ/cm2程度のエネルギー密度でレーザー
光を照射して、非晶質シリコン膜を結晶化させることができる。レーザー光は被照射面に
おいて線状または長方形状などの形状になるように光学系で集光し、被処理面上を走査（
レーザー光の位置を被照射面に対して相対的に移動させる）させることで、大面積基板の
結晶化も可能としている。
【０００５】
パルス発振する波長４００nm以下のエキシマレーザー光やＹＡＧレーザー光の第２高調
波（５３２nm）〜第４高調波（２６６nm）は非晶質シリコン膜で大部分が吸収されるので
、シリコンは瞬間的に加熱される。しかし、数十〜数百ナノ秒のパルス幅で照射されるた
め、基板自体は殆ど温度上昇することはない。しかし、結晶粒のサイズは１μm未満であ
り、粒界の影響によりＴＦＴの特性は、単結晶半導体を用いたＭＯＳトランジスタと比較
してかなり劣っている。
【０００６】
その他の結晶化技術として、触媒元素を用いた熱結晶化法が開発されている。
特開平７−１３０６５２号公報や特開平８−７８３２９号公報などに開示された触媒元素
を用いた結晶化法は、非晶質シリコン膜にシリコンの結晶化温度を低温化させることが可
能な触媒元素を導入し、５５０℃で４時間の熱処理により結晶質シリコン膜を形成するこ
とを可能としている。
【０００７】
しかし、いずれにしてもガラス基板や石英基板上の非晶質半導体膜から作製される結晶
質半導体膜は、複数の結晶粒が集合した構造であり、その結晶粒の位置や大きさに規則性
を持たせることは不可能であった。結晶粒の界面（結晶粒界）
には結晶の不連続性や結晶欠陥に起因する欠陥準位、結晶粒界におけるポテンシャルの影
響によって電子・ホールのキャリアの輸送特性が低下することが知られている。
【０００８】
ガラス基板や石英基板上の結晶質半導体膜から作製されるＴＦＴで、画素部やその駆動
回路を形成するアクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置は、画質の高精細
化が進むにつれ、必然的に画素一つ当たりのサイズは微細化する。その結果、画素部にお
いてＴＦＴ、ソース配線、ゲート配線などが占める面積の割合が大きくなり、開口率が低
下してしまう。そのために、ＴＦＴのサイズは制限され縮小を余儀なくされる。
【０００９】
しかし、ＴＦＴのサイズが小さくなると、チャネル形成領域における粒界の影響はます
ます大きくなり、粒界が占める面積の割合に応じてＴＦＴの特性がばらついてしまうこと
が懸念される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
石英基板またはガラス基板上の非晶質シリコン膜を、熱処理やレーザーアニール法で結
晶化した結晶質シリコン膜は、下地とシリコン膜との界面エネルギーの影響で＜１１１＞
に優先的に配向し、その他の方向にもランダムな方位を持った結晶粒が多数存在してしま
うことが電子線回折の解析から知られている。一方、触媒元素を用いた結晶化法で作製さ
れる結晶質シリコン膜は、その結晶粒の大部分は＜１１０＞に配向する。しかしながら前
述のように下地膜とシリコン膜との界面エネルギーとの兼ね合いで＜１１１＞などのその
他の配向が若干混在してしまう。
【００１１】
複数の結晶粒から成る結晶質半導体膜において、結晶の配向がランダムになると粒界で
結晶の連続性が満足されないので不対結合手が多く形成される。その結果、キャリアが散
乱されたりトラップされたりするため、ＴＦＴを作製しても高い電界効果移動度を期待す
ることはできない。
【００１２】
このような問題点を解決するには、結晶を大粒形化し、配向を揃えると共にその位置を
ＴＦＴを形成する位置に合わせることが必要となる。本発明はそのための手段を提供する
ことを目的とし、非晶質半導体膜から、熱結晶化法やレーザーアニール法を用いて作製さ
れる結晶質半導体膜の配向性を高めることを目的とする。さらに、そのような結晶質半導
体膜を用いることでＴＦＴの特性を向上させ、特性バラツキを低減させることを第１の目
的とする。
【００１３】
また、規定の画素サイズの中で高開口率を実現するためには、画素部の回路構成に必要
な要素を効率よく配置することが不可欠となる。そのために、画素部に形成される画素電
極やゲート配線及びソース配線の配置を適したものとして、かつ、マスク数及び工程数を
増加させることなく高い開口率を実現した画素構造を有するアクティブマトリクス型表示
装置を提供することを第１の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題点を解決するために、本発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を
形成する第１の工程と、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成す
る第２の工程と、前記第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記
第３の工程の後に、前記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の
工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質
構造を有する半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質
構造を有する半導体膜に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜を形成する第６の工程
と、前記第１の結晶質半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶質半導体膜を形成する
第７の工程とを有することを特徴としている。
【００１５】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第３の工程の後に、前
記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の工程と、前記非晶質構
造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質構造を有する半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜
にレーザー光を照射して結晶質半導体膜を形成する第６の工程とを有することを特徴とし
ている。
【００１６】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第２の絶縁膜の表面に
該非晶質構造を有する半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する第４の工程と、前
記第３の工程の後に、前記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第５
の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜
を形成する第６の工程と、前記第１の結晶質半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶
質半導体膜を形成する第７の工程とを有することを特徴としている。
【００１７】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第３の工程の後に、前
記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の工程と、前記非晶質構
造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質構造を有する半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜
に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜を形成する第６の工程と、前記第１の結晶質
半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶質半導体膜を形成する第７の工程と、前記第
２の結晶質半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する第８の工程と、前記ゲート絶縁膜上に第
１の導電膜と第２の導電膜を形成する第９の工程と、前記第１の導電膜と第２の導電膜を
第１のエッチング処理により第１の形状の導電層を形成する第１０の工程と、前記第１の
形状の導電層の外側に第１の不純物領域を形成する第１１の工程と、前記第１の形状の導
電層を第２のエッチング処理により第２の形状の導電層を形成する第１２の工程と、前記
第２の形状の導電層と重なる第２の不純物領域を形成する第１３の工程と、前記第２の形
状の導電層を第３のエッチング処理により第３の形状の導電層を形成する第１４の工程と
を有することを特徴としている。
【００１８】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第３の工程の後に、前
記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第４の工程と、前記非晶質構
造を有する半導体膜中または前記非晶質半導体膜に接して該非晶質構造を有する半導体膜
の結晶化を助長する触媒元素を付加する第５の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜
にレーザー光を照射して結晶質半導体膜を形成する第６の工程と、前記結晶質半導体膜上
にゲート絶縁膜を形成する第７の工程と、前記ゲート絶縁膜上に第１の導電膜と第２の導
電膜を形成する第８の工程と、前記第１の導電膜と第２の導電膜を第１のエッチング処理
により第１の形状の導電層を形成する第９の工程と、前記第１の形状の導電層の外側に第
１の不純物領域を形成する第１０の工程と、前記第１の形状の導電層を第２のエッチング
処理により第２の形状の導電層を形成する第１１の工程と、前記第２の形状の導電層と重
なる第２の不純物領域を形成する第１２の工程と、前記第２の形状の導電層を第３のエッ
チング処理により第３の形状の導電層を形成する第１３の工程とを有することを特徴とし
ている。
【００１９】
また、他の発明の構成は、絶縁表面上に選択的に第１の絶縁膜を形成する第１の工程と
、前記絶縁表面上及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記
第２の絶縁膜の表面をハロゲン元素で処理する第３の工程と、前記第２の絶縁膜の表面に
該非晶質構造を有する半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を添加する第４の工程と、前
記第３の工程の後に、前記第２の絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第５
の工程と、前記非晶質構造を有する半導体膜に第１の熱処理を行い第１の結晶質半導体膜
を形成する第６の工程と、前記第１の結晶質半導体膜にレーザー光を照射して第２の結晶
質半導体膜を形成する第７の工程と、前記第２の結晶質半導体膜上にゲート絶縁膜を形成
する第８の工程と、前記ゲート絶縁膜上に第１の導電膜と第２の導電膜を形成する第９の
工程と、前記第１の導電膜と第２の導電膜を第１のエッチング処理により第１の形状の導
電層を形成する第１０の工程と、前記第１の形状の導電層の外側に第１の不純物領域を形
成する第１１の工程と、前記第１の形状の導電層を第２のエッチング処理により第２の形
状の導電層を形成する第１２の工程と、前記第２の形状の導電層と重なる第２の不純物領
域を形成する第１３の工程と、前記第２の形状の導電層を第３のエッチング処理により第
３の形状の導電層を形成する第１４の工程とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明を用いることにより非晶質半導体膜をレーザーアニール法を用いて作製される結
晶質半導体膜の配向性を高めることができる。さらに、そのような結晶質半導体膜を用い
ることでＴＦＴの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の結晶化方法の工程を示す図。
【図２】本発明の結晶化方法にデュアルビームレーザーアニール法を適用する場合の工程図。
【図３】レーザーアニール法における核生成領域及び結晶成長方向を説明する上面図。
【図４】本発明の結晶化方法に適用するクラスターツール型装置の構成図。
【図５】クラスターツール型装置に付随する反応室の一例を説明する図。
【図６】クラスターツール型装置に付随するレーザー処理室の一例を説明する図。
【図７】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図８】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図９】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図１０】液晶表示装置における画素の構成を説明する上面図。
【図１１】アクティブマトリクス型表示装置の断面図。
【図１２】アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図１３】フロントライトを用いた反射型液晶表示装置の構成を説明する図。
【図１４】ＥＬ表示装置の画素部の構成を説明する断面図。
【図１５】ＥＬ表示装置の画素部の構成を説明する上面図。
【図１６】半導体装置の一例を示す図。
【図１７】半導体装置の一例を示す図。
【図１８】プロジェクターの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施の形態１）
図１（Ａ）において、基板１０１はバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガ
ラスなどのガラス基板を用いている。この基板１０１から成るの絶縁表面上に絶縁膜を２
０〜２００nmの厚さに形成し、エッチング処理により島状絶縁膜１０２を形成する。絶縁
膜の材料に限定はないが、好適には酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜から選択する。島状絶縁膜１０２の形状は任意なものとすれば良いが、例えば、短辺が
１〜２０μmのストライプ状に形成する。また、端部はテーパー状にエッチングすること
が好ましく、その角度は基板面に対して５〜５０度程度として、この上に形成する薄膜の
ステップカバレージを確保する。
【００２３】
下地絶縁膜１０３は酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などで形成
する。下地絶縁膜１０３はこれらの絶縁膜から成る一層で形成しても良いし、二層以上重
ねた積層構造としても良い。下地絶縁膜１０３は必ずしも必要でないが、基板１０１から
アルカリ金属などの不純物が下地絶縁膜１０３上に形成する半導体膜に拡散することを防
ぐために形成することが望ましい。
【００２４】
下地絶縁膜１０３を形成した後、図１（Ｂ）で示すようにハロゲン元素による表面処理
を行う。好適には、原子状フッ素またはフッ素ラジカル１０４の雰囲気中に下地絶縁膜１
０３が形成された基板曝し、その表面をフッ素で被覆することを目的としている。ハロゲ
ン元素には塩素や臭素などを用いても良い。
【００２５】
具体的な一例は、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）または三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入して、
グロー放電分解によりプラズマ化し、原子状フッ素またはフッ素ラジカル１０４を生成し
、下地絶縁膜１０３の表面に供給する方法である。原子状フッ素またはフッ素ラジカルの
生成は、非晶質半導体膜の堆積に使うプラズマＣＶＤ装置で代用することができる。プラ
ズマＣＶＤ装置には、容量結合型または誘導結合型のものをはじめ、ＥＣＲ（電子サイク
ロトン共鳴）プラズマＣＶＤ装置やマイクロ波ＣＶＤ装置などいずれの形式の装置を適用
しても良い。特に、ＥＣＲプラズマやマイクロ波プラズマはガスの分解効率が高いので、
フッ素ラジカルを効率良く生成することができる。
【００２６】
この表面処理で、下地絶縁膜１０３はフッ素で表面の不対結合手（ダングリングボンド
）が終端される。フッ素は電気陰性度が大きいので酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸
化窒化シリコン膜の表面の不対結合手を終端することができる。また、酸素、窒素と置換
して結合し、その表面を被覆することができる。
【００２７】
そして、図１（Ｃ）に示すように非晶質構造を有する半導体膜１０５を２５〜１００nm
の厚さで形成する。非晶質構造を有する半導体膜の代表例は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ
）膜であるが、その他にも非晶質シリコン・ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）膜、非晶質シ
リコン・カーバイト（ａ−ＳｉＣ）膜，非晶質シリコン・スズ（ａ−ＳｉＳｎ）膜などが
適用できる。非晶質構造を有する半導体膜はプラズマＣＶＤ法やスパッタ法、或いは減圧
ＣＶＤ法などにより作製する。代表的には、シリコンを含む上記非晶質構造を有する半導
体膜はシリコンやゲルマニウム、炭素、スズの水素化物を用いて作製する。
【００２８】
そして、非晶質構造を有する半導体膜に対し、結晶化温度を低温化させる効果のある触
媒元素を含む層１０６を形成する。触媒元素はニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）
、金（Ａｕ）などである。例えば、重量換算で１０ppmの触媒元素を含む水溶液をスピナ
ーで塗布して触媒元素を含有する層１０６を形成する。その他の手法として、印刷法やス
プレー法、バーコーター法、或いはスパッタ法や真空蒸着法によって上記触媒元素の層を
１〜５nmの厚さに形成しても良い。
【００２９】
非晶質構造を有する半導体膜１０５が含有する水素量は、結晶化の前に放出させ、膜中
に残留する濃度を５atomic％以下にしておくことが望ましい。そのために４００〜５００
℃で１時間程度の熱処理を行い、非晶質構造を有する半導体膜の含有水素を放出させる。
その後、窒素雰囲気中において５５０〜６００℃で１〜８時間、好ましくは５５０℃で４
時間の熱処理を行い非晶質構造を有する半導体膜１０５の結晶化を行う。この熱処理には
ファーネスアニール炉などを用いる。こうして第１の結晶質半導体膜１０７を得る（図１
（Ｄ））。触媒元素は第１の結晶質半導体膜中に拡散し結晶化に寄与するが、この状態で
表面に残存する３×１０10〜２×１０11atoms/cm2である。
【００３０】
しかし、第1の結晶質半導体膜１０７は、光学顕微鏡による観察で局所的に非晶質領域
が残存していることが確認されることがある。このような状況を、ラマン分光法で解析す
ると、非晶質構造の存在が確認される。シリコン膜の場合は、４８０cm-1にブロードなピ
ークをもつスペクトルが観測される。熱処理の後に行うレーザーアニール法はこのように
残存する非晶質領域を結晶化させる目的において適した方法である。
【００３１】
レーザーアニール法のレーザー光源にはエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4
レーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ＹＬＦレーザーなどの固体レーザーを用いることができ
る。エキシマレーザーは４００nm以下の波長の光を高出力で取り出すことができるので半
導体膜の結晶化に好適に用いることができる。一方、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー
、ＹＡｌＯ3レーザー、ＹＬＦレーザーなどの固体レーザーではその第２高調波（５３２n
m）、第３高調波（３５５nm）、第４高調波（２６６nm）を用いる。光の侵入長により、
第２高調波（５３２nm）を用いる場合には半導体膜の表面及び内部から、第３高調波（３
５５nm）や第４高調波（２６６nm）の場合にはエキシマレーザーと同様に半導体膜の表面
から加熱して結晶化を行うことができる。
【００３２】
図１（Ｅ）はレーザーアニールの工程を示し、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのパルス
発振周波数を１〜１０kHzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜５００mJ/cm2(代表的
には２００〜４００mJ/cm2)として、シリンドリカルレンズなどを含む光学系にて形成し
た線状レーザー光１０８をその長手方向に対し垂直な方向に走査する（或いは、相対的に
基板を移動させて）。線状レーザー光１０８の線幅は１００〜１０００μm、例えば４０
０μmとする。
【００３３】
結晶質半導体膜１０７は島状絶縁膜１０２に沿って形成されている領域Ａと、それ以外
の領域Ｂとにかけて連続して形成されている。また、領域Ｃは領域Ａと領域Ｂとの境界部
とする。図３は図１（Ｅ）の上面図であり、基板１０１の一部を示している。結晶質半導
体膜１０７内に一点差線で示す範囲は後の工程で島状半導体膜１１０が形成される領域で
あり、島状絶縁膜１０２と交差するように形成される。線状レーザー光１０８の長手方向
は島状絶縁膜１０２と図に示すように交差させ、その端部は島状半導体膜１１０の外側に
位置するようにする。そして図３で示す矢印の方向に移動させて基板全面を処理する。
【００３４】
１０〜１００nsecのパルス幅で線状レーザー光１０８が照射されると、第１の結晶質半
導体膜１０７は瞬間的に加熱され溶融状態に達するが、パルスの終了と共に冷却され再び
固相状態に変化する。１〜１０ｋHzのパルス発振周波数に比較してパルス幅は非常に短い
ので、この時の冷却速度及び冷却温度の制御がレーザーアニールでは非常に重要な要素と
なる。
【００３５】
結晶化の過程で結晶核は溶融状態から固相状態へ移る冷却過程で生成形成されるものと
考えられているが、その核発生密度は、溶融状態の温度と冷却速度とに相関があり、高温
から急冷されると核発生密度が高くなる傾向が経験的知見として得られている。島状絶縁
膜１０２が形成されている領域Ａは相対的に体積が増し熱容量が増えるので温度上昇が抑
制され、冷却速度も他の領域と比較して緩やかなものとなる。また、領域Ｃは下方と横方
向に存在する島状絶縁膜１０２の両側に熱が伝播するので、他の領域と比較して最も早く
冷却される。従って、領域Ｃで最初に核生成が始まり、領域Ｃより遅れて固相化の始まる
領域Ａはこの結晶核を中心として領域Ａに向かって基板面に対し水平方向に結晶成長また
は再結晶化が起こる。一方、領域Ｂでは結晶核の発生はランダムであり複数の結晶核から
の結晶成長が相互作用することにより結晶粒の大粒形化は期待できない。
【００３６】
ファーネスアニール炉を用いた熱処理や、レーザーアニール法で作製される結晶質シリ
コン膜は、下地絶縁膜として形成した酸化シリコンや酸化窒化シリコンとシリコン膜との
界面エネルギーが低いため、結晶は＜１１１＞に優先的に配向し、その他にランダムな方
位を持った結晶粒が多数混在していることが電子線回折の解析から知られている。このよ
うな場合、結晶粒界には多数の不対結合手（ダングリングボンド）が形成されてしまう。
一方、ニッケルなどの触媒元素を用いた熱処理で作製した結晶質シリコン膜は、微視的に
見れば複数の針状または棒状の結晶が集合した構造を有していが、隣接する結晶粒の連続
性が高く不対結合手（ダングリングボンド）が殆ど形成されていないと見ることができる
。また、その結晶粒の大部分は＜１１０＞に配向している。その理由の一つとして、ニッ
ケルなどの触媒元素を用いた場合の結晶成長過程は、触媒元素のシリサイド化物が関与し
ているものと考えられ、シリコン膜の膜厚が２５〜１００nmと薄いのでその初期核のうち
（１１１）面が基板表面とほぼ垂直なものが優先的に成長するため、実質的に＜１１０＞
の配向性が高くなると考えられる。しかしながら前述のように酸化シリコンとシリコンと
の界面エネルギーが低いと＜１１１＞晶帯に含まれる他の面方位をとることも可能となる
。従って、その他の配向が若干混在してしまう。
【００３７】
しかし、下地絶縁膜として形成した酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコ
ン膜などの表面をフッ素で終端させておくことにより、界面エネルギーの影響を低減させ
ることができ、実質的にその影響を無視することができる。その結果、結晶の配向性は表
面エネルギーのみに影響されることになり、触媒元素を用いた結晶成長では＜１１０＞の
配向性が高まる。このような効果は通常の熱処理やレーザーアニール法などでも実現する
ことができるが、触媒元素を用いた熱熱処理による結晶化法においてより顕著に得ること
ができる。
【００３８】
こうして作製された結晶質半導体膜１０９はＴＦＴの活性層として利用することができ
る。例えば、図１（Ｆ）に示すように所定の形状にエッチングして島状半導体膜１１０を
形成する。島状絶縁膜１０２上の島状半導体膜１１０は結晶粒の大粒形化が実現されてい
るので、この部分でチャネル形成領域を形成すると、結晶粒界の影響が少ないことに起因
してＴＦＴの動作速度を高めることができる。また、本発明を用いることにより配向性が
揃った結晶質半導体膜を使用することにより電気的特性及びそのバラツキの少ないＴＦＴ
を作製することを可能とする。
【００３９】
（実施の形態２）
実施形態１と同様にして島状絶縁膜１０２、下地絶縁膜１０３を形成しハロゲン元素に
よる表面処理を行う。そして、非晶質構造を有する半導体膜１０５を形成した後、パルス
発振するエキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどの固体レーザーを光源とするレーザーア
ニール法で結晶化を行う。
【００４０】
図２（Ａ）はこのレーザーアニール法において、第１のレーザー光１１１と第２のレー
ザー光１１２とを非晶質構造を有する半導体膜１０５に照射する様子を示している。第１
のレーザー光は基板１０１の非晶質構造を有する半導体膜１０５が形成されている面から
、第２のレーザー光１１２はその反対の面から照射する。勿論、どちらか一方の側からレ
ーザー光を照射すれば結晶化をすることができるが、非晶質構造を有する半導体膜の両面
からレーザー光を照射する方法は、結晶の大粒形化を可能とする。これらのレーザー光は
光学系にて線状或いは長方形状に形成されたものであっても良い。
【００４１】
レーザーアニール法は用いるレーザー光の波長により若干異なる。ＫｒＦやＸｅＣｌな
どの波長４００nm以下のエキシマレーザー光を用いた場合、第１のレーザー光１１１は半
導体膜の表面近傍で吸収され加熱する。また、第２のレーザー光１１２は、石英基板の場
合９０％以上透過して半導体膜の反対側の表面から極浅い領域で吸収される。しかし、ア
ルミノホウケイ酸ガラス基板の場合、透過率は５０％程度であり、下地絶縁膜が形成され
ているとさらに低下する場合がある。一方、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーなどの第
２高調波（５３２nm）を用いる場合には、石英基板及びガラス基板共に８０％以上の透過
率を有している。
この波長の光は、吸収係数からみて半導体膜の内部に達し、膜の内部から加熱される。従
って、レーザー光の選択により照射条件は若干異なるものとなる。しかし、溶融状態から
冷却過程を経て固化する過渡状態において、下地層の下地絶縁膜１０３と島状絶縁膜１０
２の積層構造により、結晶核の発生密度を制御する原理は実施形態１と同様である。
下地絶縁膜１０３の表面に被覆されたハロゲン元素は、半導体膜と下地絶縁膜１０３との
界面の相互作用を低減するのに効果的である。
【００４２】
このように、レーザーアニール法だけを用いても、結晶の大粒形化とその配向性を高め
ることが可能となる。図２（Ｂ）で示すように、結晶質半導体膜１１３はＴＦＴの活性層
として利用することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
実施形態１または２で示すレーザーアニール法を行うのに適した製造装置の一例を図４
〜６を用いて説明する。図４は本発明に適した製造装置の構成を示す図であり、排気手段
４０８が備えられた共通室４０１の周りに複数の反応室または処理室が設けられている。
【００４４】
基板を出し入れするロード／アンロード室４０２には排気手段４０９が設けられ、基板
４００はカセット４１０に装填されている。反応室４０３は、排気手段４１１、基板加熱
手段４１２、グロー放電発生手段４１３、ガス導入手段４１４が設けられ、プラズマＣＶ
Ｄ法で下地絶縁膜や非晶質構造を有する半導体膜を形成することができる。これらの被膜
は、反応室に導入する反応ガスを適宣選択することにより連続して形成することができる
。
【００４５】
洗浄室４１５は、表面をウエット洗浄するところであり、４１６から供給される洗浄液
や純水を用いた処理をするために常圧とし、ガス供給手段４１７により窒素でパージされ
ている。洗浄液や純水はスピナーで基板を回転させて塗布する。従って、共通室４０１と
は搬送ロボットが設けられた中間室４０４を介して連結されている。中間室４０４は排気
手段４４５により真空排気が可能となっている。ガラス基板や下地絶縁膜に対する洗浄液
はフッ酸含有水溶液であり、表面を極僅かエッチングして、表面に付着した有機物やボロ
ン、リンといったクリーンルーム中で付着する汚染物質を除去する。
【００４６】
レーザーアニールを行う処理室４０５には排気手段４１８、ガス導入手段４１８、基板
を移動させるＸ−θステージ４２０、およびレーザー発振器４１９などが備えられている
。
【００４７】
その詳細を図６で説明する。図６において、処理室６０１には排気手段６０２、ガス導
入手段６０３が設けられている。レーザーアニールは常圧下若しくは減圧下のどちらでも
行うことが可能である。雰囲気は大気雰囲気中でも可能であるが、好ましくは窒素または
不活性雰囲気中か還元雰囲気中で行うこと良い。そのため、ガス導入手段６０３では窒素
、水素、アルゴンなどのガスを導入できるようにしておく。レーザー発振器６０９及びそ
の光学系は処理室６０１の外側に設けられている。レーザー発振器６０９にはＫｒＦ、Ｘ
ｅＣｌ、ＡｒＦなどのエキシマレーザーまたはＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＡｌＯ3、ＹＬＦレー
ザーなどが適用される。光学系にはシリンドリカルレンズアレイから成るビームホモジナ
イザ６１０、シリンドリカルレンズ６１１、ダブレットシリンドリカルレンズ６１６、６
１７の光学レンズとミラー６１３〜６１５、ビームスプリッタ６１２から成っている。こ
れらの光学系によりレーザー光は線状に形成され処理室６０１に設けられた石英製の窓６
０７、６０８を通してステージ６０４に保持された基板６００に照射される。ステージ６
０４はレール６１８上を移動し、ステッピングモーターにより数十〜数百μｍの精度で移
動させることができる。ビームスプリッタ６１２ではレーザー光６１９を２分割し、第１
の線状レーザー光６２０と第２の線状レーザー光６２１とに分割しているが、レーザーア
ニールの他の実施形態として、片側一方から照射するようにしても良い。
【００４８】
反応室４０６は、触媒元素を含有する層をグロー放電法で形成するための部屋であり、
排気手段４２３、ガス導入手段４２６、基板加熱手段４２４、グロー放電発生手段４２５
が設けられている。グロー放電発生手段には高周波電源と反応室４０６中で放電を発生さ
せるための高周波電極を含んでいる。高周波電極は触媒元素として作用するＮｉ、Ｆｅ、
Ｐｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種の元素を含む
材料で形成しておく。このような高周波電極を用い、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガス
雰囲気中でグロー放電を発生させると、生成されるイオン種により高周波電極がスパッタ
され対向側に置かれた基板表面に付着させることができる。その密度は１×１０10〜１×
１０12/cm2となるようにグロー放電の電力密度や処理時間を制御する。
【００４９】
反応室４０７は非晶質構造を有する半導体膜の形成及びハロゲン元素による表面処理を
行うものである。反応室４０７には排気手段４２７、基板加熱手段４２８、グロー放電発
生手段４２９、ガス導入手段４３０が備えられ、さらにマイクロ波プラズマを用いてハロ
ゲン元素を供給する手段が設けられている。これは、マイクロ波発振器（代表的には２．
４５GHz）４３１、導波管４３２、キャビティー４３３、ガス導入手段４３５、排気手段
４３４、導入管４３６が備えられている。
【００５０】
これらの反応室または処理室は共通室４０１と仕切弁４３９〜４４４で分離されていて
、共通室４０１に設けられたロボットアーム４３７により基板４００を搬送する。反応室
のガス系及び排気系が分離独立しているために、コンピュータ制御によりそれぞれ独立し
て同時に処理及び反応を行うことも可能である。
【００５１】
図５は反応室４０７の構成を詳細に説明する図である。反応室５０１には排気手段５０
２、ガス導入手段５１１が設けられている。ガス導入手段は反応ガスや希釈用ガスが充填
されたシリンダーやガスの流量を制御するマスフローコントローラーなどが備えられてい
る。反応ガスには非晶質半導体膜を堆積するためにＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＧｅＨ4、ＳｉＦ
4、ＧｅＦ4、ＣＨ4などを用い、希釈用ガスにはＨｅ、Ｈ2などを用いる。これらの反応ガ
スを分解して被膜を形成するためにグロー放電を発生させるための高周波電極５０５は、
インピーダンス整合をとるマッチング回路５０４を介して高周波電源（１３．５６〜７５
MHz）５０３と接続している。基板５００はヒーター５１４及びヒターコントローラー５
１３を備えたステージ５１２上に保持されている。また、プッシャーピン５１５により持
ち上げる機構があり、ロボットアームによる基板の搬送に対応している。ハロゲン元素に
よる表面処理はＳｉＦ4、ＮＦ3、ＣＦ4などのフッ素系ガスを反応室に導入し、同様に高
周波電力を印加してグロー放電を発生させて原子状フッ素またはフッ素ラジカルを生成す
る。より効率よくガスを分解するためにはマイクロ波電力を印加する方法も採用できる。
図５で示す一例は、ガス供給手段５０９、キャビティー５１０、整合器５０８、導波管５
０７、マイクロ波発振器５０６が備えられていて、キャビティー内でマイクロ波プラズマ
を発生させ、そこで生成された原子状フッ素またはフッ素ラジカルを反応室内に導入する
。
【００５２】
図４に示すような装置を用いた作製方法の一例は、図１で示す工程において下地絶縁膜
１０３から第２の結晶質半導体膜１０９までの作業を大気雰囲気に基板を晒すことなく連
続して行うことができる。その工程の一例を、図１と図４を参照しながら説明する。
【００５３】
まず、島状絶縁膜１０２が形成された基板１０１をロード／アンロード室４０２にセッ
トし真空排気する。ロード／アンロード室４０２が共通室４０１と同程度の圧力になった
ら下地絶縁膜を形成する反応室４０３へ搬送手段４３７を用いて搬送する。反応室４０３
では、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜な
どの下地絶縁膜１０３を形成する。反応ガスはＳｉＨ4、ＴＥＯＳ、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3などを
選択する。
【００５４】
次に、ハロゲン元素による表面処理を行うために基板１０１を反応室４０７に移動させ
る。表面処理はマイクロ波プラズマにより生成された原子状フッ素またはフッ素ラジカル
を生成して行う。下地絶縁膜表面にフッ素を吸着させ反応させるためには、基板温度は然
程高くする必要はなく１００〜２５０℃の範囲とする。原子状フッ素またはフッ素ラジカ
ルはＳｉＦ4やＮＦ3から解離したフッ素を用いる。マイクロ波でプラズマを形成した場合
、基板にはセルフバイアスがかからないので、イオン種による基板のダメージを低減する
ことができる。
【００５５】
触媒元素を含有する層の形成は、ハロゲン元素による表面処理が施された基板を反応室
４０６に搬送して行う。グロー放電発生手段４２５は、図５で示すような容量結合型の平
行平板電極である。陰極または陰極の表面を触媒元素を含む材料で形成する。ハロゲン元
素による表面処理が施された基板表面に触媒元素を含む層１０６を形成するためには、Ｈ
ｅ、Ａｒなどの不活性ガスでグロー放電を形成し、陰極からスパッタされ放出される触媒
元素を利用する。
【００５６】
表面処理が終わったら続けて非晶質半導体膜１０５の形成をプラズマＣＶＤ法で行う。
図５に示す構成は容量結合型の平行平板方式の反応室であるが、基板温度を４００℃とし
てＳｉＨ4とＸｅの混合ガスで非晶質シリコン膜を形成すると、励起状態のＸｅによりＳ
ｉＨ4の分解と表面反応が促進され、膜中の水素量を５atomic％以下にすることができる
。基板温度が４００℃以下でも結晶化するのに適した非晶質半導体膜を形成することがで
きるが、含有水素量が５atomic％以上の場合には減圧下で３００〜４５０℃の熱処理を必
要とする。減圧下で熱処理を行うことにより、４００℃程度でも十分膜中の水素を放出さ
せることが可能となる。
【００５７】
レーザーアニールは処理室４０５で行う。レーザー発振器はＮｄ：ＹＡＧレーザーを用
い、そのパルス発振周波数を１〜１０kHzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜５０
０mJ/cm2(代表的には１００〜４００mJ/cm2)として、シリンドリカルレンズなどを含む光
学系にて形成した線状レーザー光をその長手方向に対し垂直な方向に走査して（或いは、
相対的に基板を移動させて）する。重ね合せ率は８０〜９９％（好ましくは、９５〜９９
％）として行う。線状レーザー光１１０７の線幅は１００〜１０００μm、例えば４００
μmとする。
【００５８】
レーザーアニールを行った基板は、搬送ロボットにより再びロード／アンロード室４０
２に戻される。こうして、図４示す構成の製造装置によって、図１（Ａ）〜（Ｅ）までの
工程を連続して行うことができる。ここで着目すべき点は、図４に示すような、共通室と
反応室が仕切弁を介して連結したマルチチャンバ方式の装置を用いることにより、下地絶
縁膜や非晶質半導体膜の表面を大気に晒すことなくレーザーアニールの工程まで行うこと
ができる点にある。その結果、表面の有機物汚染や酸化反応を防ぐことができる。特に非
晶質半導体膜の表面に形成される自然酸化膜は、レーザーアニールによって作製される結
晶質半導体膜の表面を凹凸化させる原因となる。
【００５９】
図４では実施形態１または２で示すレーザーアニール法を行うのに適した製造装置の一
例を示したが、製造装置の構成はこれに限定されるものではない。反応室の数やその連結
方法、また、基板の搬送方法やその手順などに格段の限定事項はない。
【００６０】
（実施の形態４）
実施形態１では非晶質構造を有する半導体膜１０５をシリコンやゲルマニウムの水素化
物から作製する方法を示した。本実施形態ではハロゲン元素を含むガスを用いて作製する
例について示す。
【００６１】
本実施形態の作製方法の特徴は、非晶質構造を有する半導体膜１０５はハロゲン元素と
水素を含む反応ガスで形成することにある。具体的には、非晶質構造を有する半導体膜と
して例えば非晶質シリコン膜を作製する時にハロゲン元素と水素とを混合させる。ハロゲ
ン元素としては特にフッ素を用いると良く、フッ素はシリコンに対しエッチングする作用
があり、膜の堆積過程において結合の弱い部分を優先的にエッチングする。また、水素を
供給することにより膜中に残存してしまうフッ素濃度を低減させることができる。そして
、フッ素と水素の作用を利用してボイドや空孔の少ない緻密な非晶質シリコン膜を作製す
ることができる。
このような効果は非晶質シリコン膜の他に非晶質シリコン・ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ
）膜、非晶質炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）膜、非晶質シリコン・スズ（ａ−ＳｉＳｎ）膜
などにも適用することができる。
【００６２】
フッ素と水素の供給方法は、非晶質半導体膜として非晶質シリコン膜を作製する場合に
は、反応ガスとして四フッ化珪素（ＳｉＦ4）と水素（Ｈ2）、またはＳｉＦ4とＳｉＨ4、
またはＳｉＦ4とＳｉＨ4とＨ2の組み合わせを選択することができる。ＳｉＦ4の代わりに
トリフロロシラン（ＳｉＨＦ3）、ジフロロシラン（ＳｉＨ2Ｆ2）、モノフロロシラン（
ＳｉＨ3Ｆ）を適用することもできる。また、ＳｉＨ4とＦ2を直接反応させても良い。さ
らに、非晶質シリコン・ゲルマニウム膜を作製する場合にはゲルマン（ＧｅＨ4）や四フ
ッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ4）を、非晶質炭化シリコンを作製する場合にはメタン（ＣＨ4
）や四フッ化メタン（ＣＦ4）などを、非晶質シリコン・スズ膜を形成する場合には水素
化スズ（ＳｎＨ4）を適宣添加すれば良い。
【００６３】
非晶質構造を有する半導体膜１０５の厚さは２５〜１００nmの厚さで形成する。膜の堆
積初期の段階ではフッ素の効果により下地膜１０３の表面をフッ素化することができる。
【００６４】
このようにフッ素と水素とを含む反応ガスで作製された非晶質構造を有する半導体膜１
０５には、成膜時の基板温度にも依存するが、膜中に水素が０．１〜２０atomic%、フッ
素が０．１〜１０atomic%含有するように形成する。膜中に残存するフッ素や水素はその
後の熱結晶化の工程で膜中から放出されて膜中に残存する濃度はさらに低下するが、緻密
化した非晶質半導体膜と、最表面をフッ素で終端した下地膜との相互作用により＜１１０
＞の配向性をより高めることができる。
【実施例１】
【００６５】
本発明の結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製する方法の一例について示す。
本実施例で示すのは表示装置の一例であり、画素部の画素ＴＦＴ及び保持容量と、表示領
域の周辺に設ける駆動回路のＴＦＴを同時に作製する方法について説明する。
【００６６】
図７（Ａ）において、基板７０１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
ス基板などを用いる。このようなガラス基板は加熱温度により僅かながら収縮するので、
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く。
【００６７】
基板７０１で形成される絶縁表面上には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ2を用いて
酸化シリコン膜を２００nmの厚さに形成する。そして、この酸化シリコン膜からＴＦＴの
チャネル形成領域を形成する位置に合わせて島状絶縁膜７０２ａ〜７０２ｅを形成する。
島状絶縁膜７０２ａ〜７０２ｅの端部には５〜５０度のテーパー部を形成するためにＣＨ
Ｆ3を用いてドライエッチング法で行う。その上に、基板７０１からの不純物汚染を防ぐ
ために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成
る下地絶縁膜７０３を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製さ
れる酸化窒化シリコン膜１０２を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚
さに形成する。
【００６８】
その後、下地絶縁膜として形成した酸化窒化シリコン膜７０３の表面処理を行いその表
面をフッ素化する。例えば、ＳｉＦ4ガスまたはＮＦ3ガスを導入し、高周波電力を印加し
て前記ガスをプラズマ化し、原子状フッ素またはフッ素ラジカル７０４を生成させる。或
いは、実施形態３で示すようなマイクロ波プラズマを用いても良い。こうして形成した原
子状フッ素またはフッ素ラジカル７０４に酸化窒化シリコン膜７０３の表面を晒すことに
より、表面にフッ素またはフッ素ラジカルが供給され、表面をフッ素で被覆することがで
きる。フッ素は電気陰性度が酸素よりも大きいので、酸素を置換してフッ素で表面の結合
手を終端させることができる。
【００６９】
そして、図７（Ｂ）に示すように下地絶縁膜７０３上に非晶質シリコン膜７０５をプラ
ズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法で形成する。プラズマＣＶＤ法では、ＳｉＨ4またはＳ
ｉ2Ｈ6、或いは、ＳｉＦ4とＨ2、またはＳｉＦ4とＳｉＨ4、またはＳｉＦ4とＳｉＨ4とＨ
2の組み合わせを選択することもできる。基板温度は２００〜４００℃、電力密度０．１
〜１W/cm2で放電させ、堆積速度０．１〜５nm/secで５５nmの厚さに非晶質シリコン膜７
０５を形成する。
【００７０】
また、実施形態３で説明したように、図４に示す構成の装置を用いれば下地絶縁膜、ハ
ロゲン元素による表面処理、非晶質シリコン膜の形成までを大気に晒すことなく減圧下で
連続して行うことができる。その結果、有機物汚染やボロン、リンといった環境からの汚
染が防止され、各界面を清浄な状態に保持することができる。
【００７１】
結晶化は実施形態１で示す触媒元素を用いた結晶化法、または実施形態２で示すレーザ
ーアニール法のどちらでも採用可能である。いずれにしても、表質シリコン膜の結晶化に
必要なエネルギー７０６を与えて結晶化させる。例えば、１００Ｈｚでパルス発振するＸ
ｅＣｌエキシマレーザー（３０８nm）を用い、線幅３００μmの線状レーザー光（長手方
向は任意とする）として、エネルギー密度３００mJ/cm2で重ね合わせ率９５％にて基板全
面を走査する。このとき、図６で示すような構成の処理室において半導体膜７０５の両面
からレーザー光を照射しても良い。こうして、結晶質シリコン膜７０７を形成する。表面
処理を行うことで、＜１１０＞の配向性を高めることができる。
【００７２】
次に、図８（Ａ）で示すように結晶質シリコン膜７０７を、下地絶縁膜７０２ａ〜７０
２ｅに合わせてエッチング処理して島状半導体膜７０８〜７１２を形成する。島状半導体
膜は下地絶縁膜の上部及び端部を覆い、さらにその周辺に延在するように形成する。
【００７３】
ゲート絶縁膜７１３はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０
ｎｍの厚さで形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜から形成する。
また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製する酸化窒化シリコン膜は膜中の固定電荷
密度を低減させることが可能となり、ゲート絶縁膜として好ましい材料である。勿論、ゲ
ート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、酸化シリコン膜や
酸化タンタル膜などの絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【００７４】
また、ゲート絶縁膜の形成に先立って、図４に示す構成の装置を用いれば、島状半導体
膜の表面に付着した汚染物の除去を洗浄室４１５で行うことができる。
島状半導体膜の洗浄は、オゾン含有の純水で表面を酸化させ、その酸化膜をフッ酸含有水
溶液で除去する方法が効果的である。
【００７５】
そして、ゲート絶縁膜７１３上にゲート電極を形成するための第１の導電膜７１４と第
２の導電膜７１５とを形成する。本実施例では、第１の導電膜７１４を窒化タンタルまた
はチタンで５０〜１００nmの厚さに形成し、第２の導電膜７１５をタングステンで１００
〜３００nmの厚さに形成する。これらの材料は、窒素雰囲気中における４００〜６００℃
の熱処理でも安定であり、抵抗率が著しく増大することがない。
【００７６】
次に図８（Ｂ）に示すように、レジストによるマスク７１６を形成し、ゲート電極を形
成するための第１のエッチング処理を行う。エッチング方法に限定はないが、好適にはＩ
ＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いる。エッ
チング用ガスにＣＦ4とＣｌ2を混合し、０．５〜２Pa、好ましくは１Paの圧力でコイル型
の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側（
試料ステージ）にも１００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイア
ス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した場合にはタングステン膜、窒化タンタル膜及
びチタン膜の場合でも、それぞれ同程度の速度でエッチングすることができる。
【００７７】
上記エッチング条件では、レジストによるマスクの形状と、基板側に印加するバイアス
電圧の効果により端部をテーパー形状とすることができる。テーパー部の角度は１５〜４
５°となるようにする。また、ゲート絶縁膜上に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と良い。Ｗ膜に対する酸化
窒化シリコン膜の選択比は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、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされる。こうし
て、第１のエッチング処理により第１の導電膜と第２の導電膜から成る第１の形状の導電
層７１８、７１９７２０、７２２（第１の導電層７１８ａ、７１９ａ、７２０ａ、７２２
ａと第２の導電層７１８ｂ、７１９ｂ、７２０ｂ７２２ｂ）を形成する。第１の形状の導
電層７１７、７２１は同時に島状半導体膜の外側に形成する配線であり、第１の形状の導
電層７２１は画素部においてソース配線を形成する。また、第１の形状の導電層７２３は
各画素に設ける保持容量を形成するための一方の電極であり、この工程で同時に形成され
る。７２４はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層で覆われない領域は２０〜５０nm
程度エッチングされ薄くなる。
【００７８】
そして、第１のドーピング処理を行いｎ型を付与する不純物元素を添加する。
ドーピングの方法はイオンドープ法若しくはイオン注入法で行う。イオンドープ法の条件
はドーズ量を１×１０13〜５×１０14atoms/cm2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。この場
合、第１の形状の導電層７１８、７１９、７２０、７２２はドーピングする元素に対して
マスクとなり、加速電圧を適宣調節（例えば、２０〜６０keV）して、ゲート絶縁膜７２
１の薄くなっている部分を通過した不純物元素により第１の不純物領域７２２〜７２６を
形成する。例えば、第１の不純物領域７２５〜７２９おけるリン（Ｐ）濃度は１×１０20
〜１×１０21atomic/cm3の範囲となるようにする。
【００７９】
さらに図８（Ｃ）に示すように第２のエッチング処理を行う。エッチングはＩＣＰエッ
チング法を用い、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2を混合して、１Paの圧力でコイル
型の電極に５００ＷのＲＦ電力(13.56MHz)を供給してプラズマを生成する。基板側（試料
ステージ）には５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、第１のエッチング処理に比べ低
い自己バイアス電圧を印加する。このような条件によりタングステン膜を異方性エッチン
グし、第１の導電層である窒化タンタル膜またはチタン膜を残存させるようにする。こう
して、第２の形状の導電層７３０〜７３７（第１の導電膜７３０ａ〜７３７ａと第２の導
電膜７３０ｂ〜７３７ｂ）を形成する。７３８はゲート絶縁膜であり、第２の形状の導電
層７２７〜７３０で覆われない領域はさらに２０〜５０nm程度エッチングされて膜厚が薄
くなる。
【００８０】
タングステン膜や窒化タンタル膜のＣＦ4とＣｌ2の混合ガスによるエッチング反応は、
生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することができる。タ
ングステンとタンタルのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、タングステンのフッ化
物であるＷＦ6が極端に高く、その他のＷＣｌ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5は同程度である。従
って、ＣＦ4とＣｌ2の混合ガスではタングステン膜及び窒化タンタル膜共にエッチングさ
れる。しかし、この混合ガスに適量のＯ2を添加するとＣＦ4とＯ2が反応してＣＯとＦに
なり、ＦラジカルまたはＦイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高い
タングステン膜のエッチング速度が増大する。一方、窒化タンタルはＦが増大しても相対
的にエッチング速度の増加は少ない。また、窒化タンタルはタングステンに比較して酸化
されやすいので、Ｏ2を添加することで窒化タンタルの表面が酸化される。窒化タンタル
の酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらに窒化タンタル膜のエッチング速度は低下
する。従って、タングステン膜と窒化タンタル膜とのエッチング速度に差を作ることが可
能となりタングステン膜のエッチング速度を窒化タンタル膜よりも大きくすることが可能
となる。
【００８１】
そして、図９（Ａ）に示すように第２のドーピング処理を行う。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７０〜１２０ｋｅＶとし、１×１０13/cm2のドーズ量で行い、図８（
Ｂ）で島状半導体膜に形成された第１の不純物領域の内側に不純物領域を形成する。ドー
ピングは、第２の形状の導電層７３１ｂ、７３２ｂ、７３３ｂ、７３６ｂを不純物元素に
対するマスクとして用い、第２の導電層７３１ａ、７３２ａ、７３３ａ、７３６ａの下側
の領域に不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第２の導電層７３１
ａ、７３２ａ、７３３ａ、７３６ａと重なる第２の不純物領域７３８〜７４２が形成され
る。この不純物領域は、第２の導電層７３１ａ、７３２ａ、７３３ａ、７３６ａがほぼ同
じ膜厚で残存していることから、第２の導電層に沿った方向における濃度差は小さく、１
×１０17〜１×１０19atoms/cm3の濃度で形成する。
【００８２】
そして、図９（Ａ）に示すように、第３のエッチング処理を行い、ゲート絶縁膜７３８
のエッチング処理を行う。その結果、第２の導電層７３０ａ〜７３７ａもエッチングされ
、端部が後退して小さくなり、第３の形状の導電層７４３〜７４９が形成される。図中で
７５０〜７５６は残存するゲート絶縁膜である。
【００８３】
そして図９（Ｂ）に示すように、レジストマスク７５７を形成し、ｐチャネル型ＴＦＴ
を形成する島状半導体層７０８にｐ型を付与する不純物元素をドーピングする。ｐ型を付
与する不純物元素として１３族に属する元素であり、典型的にはボロン（Ｂ）を用いる。
第３の不純物領域７５８の不純物濃度は２×１０20〜２×１０21atoms/cm3となるように
する。不純物領域７５８にはリンが添加されているが、その１．５〜３倍の濃度でボロン
を添加して導電型を反転させておく。
【００８４】
以上までの工程でそれぞれの島状半導体層に不純物領域が形成される。第３の導電層７
４４、７４５、７４６、７４８はゲート電極となり、第３の導電層７５０、７５４は配線
として利用する。特に、第３の導電層７５４は画素部においてソース配線となる。また、
第３の導電層７４９は各画素毎に形成する保持容量の一方の電極となる。
【００８５】
その後、図９（Ｃ）に示すように、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜から成る
保護絶縁膜７５９をプラズマＣＶＤ法で形成する。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。活性化はファーネ
スアニール炉を用いる熱アニール法で行うことが好ましい。その他に、レーザーアニール
法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することもできる。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。その結果、保護絶縁膜７５９中の水素が放出させ、島状半導体膜中
に拡散させることで水素化を同時に行うことができる。
【００８６】
触媒元素を用いた結晶化法で作製された島状半導体膜には、触媒元素が残留する。しか
し、この触媒元素はリンによるゲッタリング作用を用いて除去することができる。図８（
Ｂ）で示す工程において、島状半導体層７０８〜７１２にはリンが添加された第１の不純
物領域７２５〜７２９が一旦形成される。活性化のための熱処理で、触媒元素をリンが添
加されている領域にゲッタリングすることが可能である。即ち、チャネル形成領域から触
媒元素を除去することができる。
【００８７】
水素化は３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱
処理を行っても良い。いずれにしても、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）を行うことも可能である。
【００８８】
層間絶縁膜７６０は、ポリイミド、アクリルなどの有機絶縁物材料で形成し表面を平坦
化する。勿論、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Ortho silicate）を用いて形
成される酸化シリコン膜を適用しても良いが、平坦性を高める観点からは前記有機物材料
を用いることが望ましい。
【００８９】
次いで、コンタクトホールを形成し、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）
、タンタル（Ｔａ）などを用いて、接続電極７６１、７６７、ソースまたはドレイン配線
７６２〜７６６を形成する。また、画素電極７６８、ゲート配線７７０、容量配線７６９
を形成する。
【００９０】
以上の様にして、ｐチャネル型ＴＦＴ８０３、ｎチャネル型ＴＦＴ８０４、ｎチャネル
型ＴＦＴ８０５を有する駆動回路８０１と、画素ＴＦＴ８０６、保持容量８０７とを有す
る画素部８０２を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を
便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００９１】
駆動回路８０１のｎチャネル型ＴＦＴ８０４はチャネル形成領域８１０、第３の導電層
７４５から成るゲート電極と重なる第２の不純物領域８１１（Gate Overlapped Drain：
ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される第２の不純物領域８１２（Lightly Dope
d Drain：ＬＤＤ領域）と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８１３を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ８０５も同様な構成とし、チャネル形成領域
８１４、第３の導電層７４６から成るゲート電極と重なる第２の不純物領域８１５、ゲー
ト電極の外側に形成される第２の不純物領域８１６と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８１７を有している。ｐチャネル型ＴＦＴ８０３にはチャネ
ル形成領域８０８、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８０
９を有している。
【００９２】
画素部８０２の画素ＴＦＴ８０６にはチャネル形成領域８１８、ゲート電極を形成する
第３の導電層７４８と重なる第２の不純物領域８１９（ＧＯＬＤ領域）
、ゲート電極の外側に形成される第２の不純物領域８２０（ＬＤＤ領域）とソース領域ま
たはドレイン領域として機能する第１の不純物領域８２１、８２２、８２３を有している
。また、保持容量８０７の一方の電極として機能する半導体層７１２には第１の不純物領
域８２５、第２の不純物領域８２４が形成されている。保持容量は容量配線７４９とその
間の絶縁層（ゲート絶縁膜と同じ層）と半導体層７１２で形成されている。
【００９３】
このように、チャネル形成領域は島状半導体層が島状絶縁膜と重なる領域に形成される
ようにする。島状絶縁膜上の島状半導体膜は結晶粒の大粒形化が実現されているので、こ
の部分でチャネル形成領域を形成すると、結晶粒界の影響が少ないことに起因してＴＦＴ
の動作速度を高めることができる。
【００９４】
図１０は、図９（Ｃ）で示す画素部８０２の上面図を示す。図１０において、Ａ−Ａ'
線が図９（Ｃ）で示す断面図に対応している。本実施例で示す画素構造は、ソース配線７
４７が層間絶縁膜７６０の下に形成される構造であり、層間絶縁膜７６０上に形成される
画素電極７６８をソース配線７４７とオーバーラップさせて形成している。また、島状半
導体層７１１は、ゲート電極７４８との交差部（チャネル形成領域）上にゲート配線７７
０が形成され、遮光性を持たせている。このような構成とすることにより、画素電極の面
積を大きくすることが可能であり、開口率を向上させることができる。
【００９５】
また、本実施例で示す工程に従えば、アクティブマトリクス基板の作製に必要なフォト
マスクの数を６枚（島状絶縁膜パターン、島状半導体層パターン、第１配線パターン（ゲ
ート配線、島状のソース配線、容量配線）、ｎチャネル領域のマスクパターン、コンタク
トホールパターン、第２配線パターン（画素電極、接続電極含む））とすることができる
。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することができ
る。
【実施例２】
【００９６】
本実施例では、実施例１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以下に説明する。まず、実施例１に従い、図９（Ｃ
）の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１１で示すように柱状のスペーサ９０
１を形成する。このような柱状スペーサは、感光性の樹脂膜を形成し、露光及び現像処理
して所定の位置に形成する。感光性の樹脂膜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、クリーンオーブンを用い１５０〜２００℃で加
熱して硬化させて形成する。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、柱状スペーサ９０１の高さは２
〜７μm、好ましくは４〜６μmとし、そ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。その上に配向膜９０２を形成しラビング処理をする。
【００９７】
対向基板９０４には対向電極９０５を形成し、配向膜９０６を形成した後ラビング処理
を行う。そして、アクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤９０３で貼り合わせ
る。シール剤９０３にはフィラーが混入されていて、このフィラーとスペーサ９０１によ
って均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせることができる。その後、両基板の間に
液晶材料９０７を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料には公
知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１１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。
【００９８】
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１２の斜視図を用いて説明
する。図１２では、図９〜図１１との関連を明確にするため、共通する符号を用いて説明
する。図１２においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板７０１上に形成された、
画素部８０２と、駆動回路８０１とその他の信号処理回路９１３とで構成される。駆動回
路はゲート配線７７０に接続するものと、ソース配線７４７に接続するものとで構成がこ
となり、それぞれ別々に形成される。画素部８０２には画素ＴＦＴ８０６と保持容量８０
７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。画素ＴＦＴ８０６はゲート配線７７０とソース配線７４７の交点に応じて設けら
れている。また、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）９
１０が外部入力端子９１１に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。
そして接続配線９１２でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板９０４には
図示していないが透明電極が設けられている。
【００９９】
このようにして作製されるアクティブマトリクス型液晶表示装置は反射型であり、携帯
型情報端末の表示装置として好適に用いることができる。特に、本発明のレーザーアニー
ル法を採用することにより、作製されるＴＦＴは高速動作が可能となり、駆動回路を一体
形成したアクティブマトリクス型液晶表示装置の高精細化やデジタル駆動などを可能とす
ることができる。
【実施例３】
【０１００】
図９（Ｃ）または図１０において（実施例１）、画素電極７６８を透明導電膜で形成す
れば、透過型の表示装置を形成することができる。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する。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。また、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。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。
【実施例４】
【０１０１】
図１３は本発明の画素構造を用いて作製される反射型液晶表示装置のアクティブマトリ
クス型液晶表示装置を直視型の表示装置として用いる例を示す。アクティブマトリクス基
板１３０３には画素部１３０１及び駆動回路部１３０２が形成され、シール材１３０６に
より対向基板１３０４が接着され、その間に液晶層１３０５が形成されている。
【０１０２】
図１３の構成は、フロントライトを用いた反射型液晶表示装置の例であり、偏光板１３
０７上にフロントライトシステム１３０８を設ける。反射型液晶表示装置は、昼間明るい
場所では外光を利用して画像の表示を行うが、夜間など十分な外光を導入できない場合に
は、フロントライトを用いて表示を行う方式を採用することができる。いずれにしても、
本発明の画素構造とすることにより、画素部における画素電極の占める割合が大きくなり
、明るい画像表示を実現することができる。また、フロントライトを用いる場合には、照
射する光の強度を小さくすることができ、このような液晶表示装置を組み込んだ電子装置
の消費電力を少なくすることができる。
【実施例５】
【０１０３】
本実施例では、実施例１で示したアクティブマトリクス基板を、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装置（以下、ＥＬ表示
装置と記す）に適用する場合について説明する。
【０１０４】
図１４は画素部の断面図を示し、スイッチング用ＴＦＴ９０１、電流制御用ＴＦＴ９０
２、保持容量９０３が形成されている様子を示す。これらのＴＦＴは実施例１と同様の工
程で作製される。スイッチング用ＴＦＴ９０１はｎチャネル型ＴＦＴであり、ゲート電極
９５１の下の半導体層９５５にチャネル形成領域９０４、ＬＤＤ領域となる第２の不純物
領域９０５、ソースまたはドレイン領域となる第１の不純物領域９０６を有している。そ
して、半導体層９５５はソース配線９５３と接続電極９６１により接続されている。
【０１０５】
電流制御用ＴＦＴ９０２はｐチャネル型ＴＦＴであり、ゲート電極９５２の下の半導体
層９５６にチャネル形成領域９０７、ソースまたはドレイン領域となる第３の不純物領域
９０８を有している。そして、電流制御用ＴＦＴ９０２のソース側は電源線９６４と接続
し、ドレイン側はドレイン電極９６５と接続している。さらに、ドレイン電極９６５には
透明導電膜で形成される画素電極９６６が接続している。また、容量配線９５２と半導体
層９５６とが重なる領域において保持容量９０３が形成される。また、保護絶縁膜９５９
、層間絶縁膜９６０は実施例１と同様のものとする。
【０１０６】
図１４の断面図は、図１５の画素部の上面図で示すＢ−Ｂ’線に対応したものである。
ソース配線９５３は、画素電極９６７及び隣接する画素電極９７１の下側に形成され、端
部がソース配線７５３と重なり部を形成することにより遮光性を高めている。
【０１０７】
画素部には、絶縁膜でなるバンク９６７が形成され、溶液塗布によりポリビニルカルバ
ゾールなどの材料でなる発光層９６８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９６９、アルミニウム合金でなる陰
極９７０が形成される。この場合、陰極９７０がパッシベーション膜としても機能する。
こうして自発光型のＥＬ素子が形成される。
本実施例の場合、発光層９６８で発生した光はアクティブマトリクス基板の方に向かって
放射される。
【０１０８】
このように、本発明の画素構造とすることにより、アクティブマトリクス型の自発光表
示装置において開口率を向上させることができる。その結果、明るく鮮明な画像表示を可
能とする。
【実施例６】
【０１０９】
本実施例では、本発明の表示装置を組み込んだ半導体装置について示す。このような半
導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオ
カメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例
を図１６と図１７に示す。
【０１１０】
図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体２９０１、音声出力部９００２、音声入力部２９
０３、表示装置２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６から構成されている
。本発明は表示装置２９０４に適用することができ、特に、実施例４で示す反射型の液晶
表示装置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１１】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９
１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。
本発明は表示装置９１０２に適用することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶
表示装置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１２】
図１６（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カ
メラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成され
ている。本発明は表示装置９２０５に適用することができる。
特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１３】
図１６（Ｄ）はテレビ受像器であり、本体９４０１、スピーカー９４０２、表示装置９
４０３、受信装置９４０４、増幅装置９４０５等で構成される。本発明は表示装置９４０
３に適用することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化
の観点から適している。
【０１１４】
図１６（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒
体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディス
ク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するもので
ある。直視型の表示装置９５０２、９５０３は特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装
置は低消費電力化の観点から適している。
【０１１５】
図１７（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、
表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。本発明は表示装置９６０３に適用
することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化の観点か
ら適している。
【０１１６】
図１７（Ｂ）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９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０
４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉ
ｇｔｉａｌ 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。本発明は表示装置９７０２に適用することがで
きる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電力化の観点から適している
。
【０１１７】
図１７（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体９８０１、表示装置９８０２、接眼部９８
０３、操作スイッチ９８０４、受像部（図示しない）で構成される。本発明は表示装置９
８０２に適用することができる。特に、実施例４で示す反射型の液晶表示装置は低消費電
力化の観点から適している。
【０１１８】
図１８（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３６
０２で構成される。本発明は投射装置３６０１やその他の信号制御回路に適用することが
できる。
【０１１９】
図１８（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で構成される。本発明は投射装置３７０２やその他の信
号制御回路に適用することができる。
【０１２０】
尚、図１８（Ｃ）は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）中における投射装置３６０１、３
７０２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３８
０１、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１８（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。
【０１２１】
また、図１８（Ｄ）は、図１８（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３８
１２、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１８（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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング用ＴＦＴのゲート電極と、
電流制御用ＴＦＴのゲート電極と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層と、
前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた前記電流制御用ＴＦＴの半導体層と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極および前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極と同一面上に設けられたソース配線と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極、および前記ソース配線を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極と電気的に接続されたゲート配線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記ソース配線および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第１の接続配線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第２の接続配線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記電流制御用ＴＦＴに電気的と接続された電源線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記電流制御用ＴＦＴの半導体層と電気的に接続された画素電極と、発光層と、前記画素電極と対向する電極を有するＥＬ素子と、
を有する画素を有し、
前記画素電極と前記ソース配線は重なって配置されているＥＬ表示装置の作製方法であって、
前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層および前記電流制御用ＴＦＴの半導体層の半導体層を形成する工程と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極、前記ソース配線を同時に形成する工程と、
前記絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上方に、前記ゲート配線、前記第１の接続配線、前記第２の接続配線、前記電源線を同時に形成する工程と、
前記画素電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするＥＬ表示装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ＥＬ表示装置は、保持容量を有し、前記保持容量の一方の電極は前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極、前記ソース配線と同時に形成されることを特徴とするＥＬ表示装置の作製方法。
【請求項１】
スイッチング用ＴＦＴのゲート電極と、
電流制御用ＴＦＴのゲート電極と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層と、
前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極に近接して設けられた前記電流制御用ＴＦＴの半導体層と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極および前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極と同一面上に設けられたソース配線と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極、および前記ソース配線を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極と電気的に接続されたゲート配線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記ソース配線および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第１の接続配線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極および前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層に電気的に接続された第２の接続配線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記電流制御用ＴＦＴに電気的と接続された電源線と、
前記絶縁膜の上方に設けられ、前記電流制御用ＴＦＴの半導体層と電気的に接続された画素電極と、発光層と、前記画素電極と対向する電極を有するＥＬ素子と、
を有する画素を有し、
前記画素電極と前記ソース配線は重なって配置されているＥＬ表示装置の作製方法であって、
前記スイッチング用ＴＦＴの半導体層および前記電流制御用ＴＦＴの半導体層の半導体層を形成する工程と、
前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極、前記ソース配線を同時に形成する工程と、
前記絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上方に、前記ゲート配線、前記第１の接続配線、前記第２の接続配線、前記電源線を同時に形成する工程と、
前記画素電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするＥＬ表示装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ＥＬ表示装置は、保持容量を有し、前記保持容量の一方の電極は前記スイッチング用ＴＦＴのゲート電極、前記電流制御用ＴＦＴのゲート電極、前記ソース配線と同時に形成されることを特徴とするＥＬ表示装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図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】
【公開番号】特開２０１２−４３８００（Ｐ２０１２−４３８００Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０２９３（Ｐ２０１１−１９０２９３）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【分割の表示】特願２００８−１０８４２２（Ｐ２００８−１０８４２２）の分割
【原出願日】平成１２年５月２日（２０００．５．２）
【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２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【分割の表示】特願２００８−１０８４２２（Ｐ２００８−１０８４２２）の分割
【原出願日】平成１２年５月２日（２０００．５．２）
【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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