JP4986415B2

JP4986415B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4986415B2
Application number: JP2005172733A
Authority: JP
Inventors: 明久下村; 博信小路
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2025-06-13
Also published as: JP2006032924A

Description

本発明は、半導体装置の作製方法に関する。特に、絶縁基板上に形成された半導体膜をレーザー光の照射によりラテラル結晶成長させ、前記ラテラル結晶成長させた半導体膜を用いて形成された薄膜トランジスタ（以下、本明細書においては、「ＴＦＴ」と略述する。）を有する半導体装置の作製方法に関する。

近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜（特に、非晶質半導体膜）に対してレーザーアニールすることにより、結晶化、または結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記半導体膜としては、珪素がよく用いられている。

ガラス基板は、従来多用されていた合成石英ガラス基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点がある。一方、ガラス基板は、合成石英ガラス基板と比較し、融点が低いため、基板の上に形成する半導体膜を結晶化させる工程においてあまり加熱することができないという欠点がある。そこで、ガラス基板上に半導体膜を形成して前記半導体膜を結晶化する方法として、レーザーを使用する方法が多用されている。これは、レーザーが基板の温度を余り上昇させることなく、非晶質半導体膜のみに高いエネルギーを与えることが出来るためである。

レーザーアニールにより形成される結晶性半導体膜は、高い移動度を有する。このため、この結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成し、１枚のガラス基板上に画素部用と駆動回路用のＴＦＴを作製するモノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。

また、エキシマレーザーの如き出力の大きいパルス発振方式のレーザービームを、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、被照射面に対してレーザービームを相対的に走査させてレーザーアニールを行う方法は、生産性が高く工業的に優れているため、広く用いられている。

特に、線状ビームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用いた場合とは異なり、線状ビームの長尺方向に直角な方向のみ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出来るため、生産性が高い。長尺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、現在レーザーアニール法において、パルス発振のエキシマレーザーのレーザービーム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、ＴＦＴを用いる液晶表示装置等の製造技術の主流になりつつある。また、この技術により、１枚のガラス基板上に画素部を形成するＴＦＴ（画素ＴＦＴ）と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを一体形成したモノリシック型の液晶表示装置を作製することが可能となっている。

しかし、レーザーアニール法で作製される結晶性半導体膜は、複数の結晶粒が集合して形成され、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであった。ガラス基板上に作製されるＴＦＴは、素子分離のために前記結晶性半導体膜を島状のパターンに分離して形成している。しかしながら、この場合において、結晶粒の位置や大きさを指定して形成する事はできなかった。結晶粒内と比較して、結晶粒の界面（結晶粒界）には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。チャネル形成領域における半導体膜の結晶性は、ＴＦＴの電気的特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜で前記チャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。

このような問題を解決するために、レーザーアニール法において、位置制御され、且つ大粒径の結晶粒を形成する様々な試みがなされている。以下に、半導体膜にレーザービームを照射した後の前記半導体膜の固化過程について説明する。

レーザービームの照射によって完全溶融した半導体膜中に結晶核が生成するまでにはある程度の時間が掛かり、完全溶融領域において均一（あるいは不均一）に無数の結晶核が生成し、結晶成長することで、完全溶融した前記半導体膜の固化過程は終了する。この場合に得られる結晶粒の位置と大きさはランダムなものとなる。

また、レーザービームの照射によって前記半導体膜が完全溶融することなく、固相半導体領域が部分的に残存している場合には、レーザービームの照射後、前記固相半導体領域から結晶成長が直ちに始まる。既に述べたように、完全溶融領域において結晶核が生成するには、ある程度時間が掛かる。そのため、完全溶融領域において結晶核が生成するまでの間に、前記半導体膜の膜面に対して平行方向（以下、「ラテラル方向」という。）に結晶成長の先端である固液界面（固相半導体領域と完全溶融領域との境界を指す。）が移動することで、結晶粒は膜厚の数十倍もの長さに成長する。このような成長は、完全溶融領域において均一（あるいは不均一）に無数の結晶核が生成し、結晶成長することで終了する。以下、この現象をスーパーラテラル成長と言う。

非晶質半導体膜や多結晶半導体膜においても、前記スーパーラテラル成長が実現するレーザービームのエネルギー領域は存在する。しかし、前記エネルギー領域は非常に狭く、また、大粒径の結晶粒の得られる位置については制御できなかった。さらに、大粒径の結晶粒以外の領域は結晶核が無数に生成した微結晶領域、もしくは非晶質領域であった。

以上に説明したように、半導体膜が完全溶融するレーザービームのエネルギー領域でラテラル方向の温度勾配を制御する（ラテラル方向への熱流を生じさせる）ことが出来れば、結晶粒の成長位置および成長方向を制御することができる。この方法を実現するために様々な試みがなされている。

まず、非晶質半導体膜上に反射膜として金属膜（Ｃｒ単層、またはＣｒ膜上にＡｌ膜を形成した積層）を形成し、部分的にエッチングを行って、前記非晶質半導体膜上に金属膜のある領域とない領域を形成する。波長３０８ｎｍでのＣｒの反射率は約６０％であり、Ａｌの反射率は約９０％であるため、波長３０８ｎｍのレーザービームを照射すると、金属膜の下方の非晶質半導体領域は金属膜で覆われていない非晶質半導体領域に比べてレーザービームが照射されないことになる。つまり、金属膜の下方の非晶質半導体領域と、金属膜で覆われていない非晶質半導体領域とで温度勾配が生じる。そのため、金属膜の下方の非晶質半導体領域で生成した結晶核は、まだ溶融状態にある金属膜で覆われていない非晶質半導体領域へとラテラル成長し、１〜２μｍの結晶粒が形成されることが知られている。

しかしながら、この方法は以下の問題点がある。非晶質半導体膜上に金属膜を部分的に形成し、レーザービームを照射して、結晶化を行う方法は、結晶粒の形成される位置は制御できても、単結晶単位では形成する位置を制御することが困難であった。また、非晶質半導体膜上に直接金属膜を形成しているため、非晶質半導体膜中へ金属元素が拡散し、前記非晶質半導体膜を結晶化して作製した結晶質半導体を用いてＴＦＴを作製すると、前記ＴＦＴの電気的特性を低下させる原因となる可能性があった。また、金属膜や非晶質半導体膜にクラックやピーリングを発生させる可能性があった。また、金属膜の成膜は、通常スパッタ法により形成されている。スパッタ法は、ＣＶＤ法と比較して、成膜した際の面内における膜厚のバラツキが大きい。このため、基板が大型化されると、スパッタ法を使用することは将来的に好ましくないといえる。

また、コロンビア大のＪａｍｅｓＳ．Ｉｍ氏らは、任意の場所にスーパーラテラル成長を実現させることの出来るＳｅｑｕｅｎｔｉａｌＬａｔｅｒａｌＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ（以下、「ＳＬＳ法」という。）を示した（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３２０４９８６号公報

ＳＬＳ法は、１ショット毎にスリット状のマスクをスーパーラテラル成長が行なわれる距離程度（約０．７５μｍ）移動させて、結晶化を行うものである。

ＳＬＳ法を使用すると、スリットを透過したエキシマレーザービームを集光した数ミクロン程度の極細ビームを、ガラス基板上に成膜したアモルファスシリコン膜に照射することにより、ラテラル成長を行なうことが可能である。また、ショット毎の基板の送りピッチをラテラル成長の距離とすることにより、逐次的にラテラル成長を繋げていくことができる。しかしながら、ＳＬＳ法を使用すると、以下のような問題点がある。

エキシマレーザーは、そのビーム品質があまり良くないため、ＳＬＳ法を使用するためには、数μｍに集光するためのマスクをレーザー照射装置に用いる必要がある。また、マスクは、定期的な交換が必要となる上、焦点距離の短いレンズは焦点深度も浅いため、基板面内で均一に焦点を維持するためには、焦点深度を一定に保つためのオートフォーカス機能が必須になり、通常のレーザー照射装置と比較して装置が複雑かつ高価なものになってしまう。

本発明は、上記問題点を鑑み、装置を煩雑にせず、半導体膜の結晶ラテラル成長位置を制御することを課題とする。

また、本発明は、線状ビームを用いたレーザーアニール装置をそのまま使用して、半導体膜の結晶ラテラル成長位置を制御することを課題とする。

また、本発明は、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶性半導体膜を作製し、さらに前記結晶性半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより、高速動作が可能なＴＦＴを実現することを課題とする。さらにそのようなＴＦＴを液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス材料を用いた表示装置などのさまざまな半導体装置に適用できる技術を提供することを課題とする。

本発明は、半導体膜の結晶ラテラル成長の位置を制御するために、半導体膜を形成した上に、パターニングされた反射膜を形成する。そして、反射膜をパターニングすることによって露出された半導体膜に、レーザーを照射することにより、前記露出された半導体膜を結晶化する。

本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、
絶縁基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜の一部の上に絶縁膜でなる反射膜を形成し、
前記反射膜をマスクとしてレーザー光を照射することにより、露出された前記半導体膜を結晶化することを特徴とする。

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の別の構成は、
絶縁基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に絶縁膜でなる反射膜を形成し、
前記反射膜をパターニングして前記半導体膜の一部を露出させ、
前記パターニングされた反射膜をマスクとしてレーザー光を照射することにより、前記露出された半導体膜を結晶化することを特徴とする。

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の別の構成は、
絶縁基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に絶縁膜でなる反射膜を形成し、
前記反射膜をパターニングして前記半導体膜の一部を露出させ、
前記パターニングされた反射膜をマスクとしてレーザー光を照射することにより、前記露出された半導体膜を結晶化し、
前記パターニングされた反射膜を除去し、
前記半導体膜の一部をパターニングし、
前記パターニングされた半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記結晶化された半導体膜を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いることを特徴とする。

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の別の構成は、
絶縁基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜に第１のレーザー光を照射し、
前記第１のレーザー光が照射された半導体膜上に絶縁膜でなる反射膜を形成し、
前記反射膜をパターニングして前記半導体膜の一部を露出させ、
前記パターニングされた反射膜をマスクとして第２のレーザー光を照射することにより、前記露出された半導体膜を結晶化することを特徴とする。

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の別の構成は、
絶縁基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜に第１のレーザー光を照射して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜上に絶縁膜でなる反射膜を形成し、
前記反射膜をパターニングして前記結晶性半導体膜の一部を露出させ、
前記パターニングされた反射膜をマスクとして第２のレーザー光を照射することにより、前記結晶性半導体膜の配向性を維持しつつ、前記露出された半導体膜の結晶性を向上させることを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記反射膜の下に設けられた半導体膜は、前記第２のレーザー光の照射によって溶融しないことを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記反射膜は、前記第２のレーザー光を反射することを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記反射膜は、屈折率の高い絶縁膜と屈折率の低い絶縁膜とが交互に積層された構造であることを特徴とする。具体的には、酸化珪素膜と、前記酸化珪素膜上に接して形成された窒化珪素膜と、からなることを特徴とする。より好ましくは、酸化珪素膜と、窒化珪素膜と、を何層か積層して反射膜を形成する。

また、上記発明の構成において、前記反射膜を、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法に代表されるＣＶＤ法によって形成することを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記反射膜のパターニングを、ドライエッチングによって行うことを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記パターニングされた反射膜の除去を、ウエットエッチングによって行うことを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記結晶化は、横方向（ラテラル）の結晶成長によりおこり、前記半導体膜は、前記パターニングされた反射膜の下に設けられた半導体膜の領域から前記露出された半導体膜の領域の方向に向けて横方向（ラテラル）に結晶成長していることを特徴とする。

また、上記発明の構成において、薄膜トランジスタのチャネル形成領域におけるキャリアの移動する方向と前記横方向（ラテラル）に結晶成長している方向とが平行になるように薄膜トランジスタを形成することを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記半導体装置は、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、集積回路のいずれか一であることを特徴とする。

また、上記発明の構成において、前記半導体装置を、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、音響再生装置、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末、画像再生装置のいずれか一に用いることを特徴とする。

本発明は、半導体膜の結晶ラテラル成長位置を制御するために、半導体膜を形成した上に、パターニングされた反射膜を形成する。そして、反射膜をパターニングすることによって露出された半導体膜に、レーザーを照射することにより、前記露出された半導体膜を結晶化する。したがって、数μｍに集光するためのマスクをレーザー照射装置に用いることがなく、従来使用しているエキシマレーザーをそのまま使用することができ、基板面内でエピタキシャル成長結晶とラテラル成長結晶を作り分けることも可能となる。

また、新規に装置を購入する必要もないため、コストを削減することもできる。

また、反射膜を、屈折率の高い絶縁膜と屈折率の低い絶縁膜とを交互に積層する構造とすることにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、屈折率の高い絶縁膜と低い絶縁膜との積層パターンを何層も積層すればするほど反射率を上げることができ、所望の反射率を得る構造を容易に形成することができる。また、積層して形成される反射膜全体としての膜厚を、反射膜を単層膜とした場合に比較して小さくすることができるため、反射膜のパターニングや結晶化後に反射膜を除去する際のエッチングの時間を短縮することができる。これは、単層膜で反射膜を形成した場合に膜厚を薄く形成すると、反射率が低い膜、すなわち反射防止膜として機能してしまうためである。

また、反射防止膜を用いて半導体膜を結晶化する場合と比べ、本発明は以下の有利な効果を奏する。反射防止膜を用いて半導体膜を結晶化する場合、反射防止膜の膜厚のバラツキに応じて反射防止膜の面内において反射率にバラツキが生じる。反射防止膜の面内において反射率にバラツキが生じると、半導体膜に吸収されるエネルギーにバラツキが生じてしまう。この結果、結晶化された半導体膜の結晶性にバラツキが生じてしまう。一方、本発明を用いて作製する結晶性半導体膜は、他の膜を介さず、半導体膜が露出された領域に直接レーザーを照射することによって形成されている。半導体膜が露出された領域に直接レーザーを照射すると、半導体膜が露出された領域に吸収されるエネルギーは、半導体膜が露出された領域の面内において一定となる。この結果、結晶化された半導体膜の結晶性にバラツキが生じにくい。したがって、本発明で作製した結晶性半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより、個々のＴＦＴにおける特性のバラツキをなくすことができる。

また、金属膜を反射膜に用いた場合と比較して、半導体膜に対する汚染がない。また、金属膜をＣＶＤ法で形成しようとすると有毒ガスを成膜ガスに用いなければならないなどの理由から、スパッタ法を用いて金属膜は形成されている。しかしながら、スパッタ法は基板が大型化していくと、ＣＶＤ法に比較して成膜時の面内における膜厚のバラツキが生じやすく、反射膜を除去する際にクラックやピーリングを起こしやすい。

本発明で使用する反射膜は、ＣＶＤ法によって形成することに何の制約も受けないので、反射膜を除去する際のクラックやピーリングを懸念しなくてよい。

また、本発明で得られる結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成することにより、電界効果移動度（キャリアの移動速度の電界に対する係数）やサブスレッショルド係数（Ｓ値）などの電気特性の優れたＴＦＴが得られる。さらに、このＴＦＴを用いることによって、応答速度などの特性の高さが要求される集積回路を作製する際にも最適である。

本発明を実施するための最良の形態を、図１を用いながら説明する。なお、以下に説明する本発明の構成において同じ対象物を指す場合、異なる図面においても同一の符号を用いて説明する。

図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明を実施して半導体装置を作製する工程を示す断面図である。

まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板や石英基板等の絶縁基板１０１の上に下地膜１０２を形成する。下地膜１０２の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法に代表されるＣＶＤ法、スパッタ法などの公知の方法を用いればよい。

次に、下地膜１０２の上に半導体膜１０３を形成する。半導体膜１０３としては、非晶質珪素膜など非晶質半導体膜を形成すればよいが、微結晶半導体膜や結晶性半導体膜を形成してもよい。

次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体膜１０３の上に反射膜１０４を形成する。反射膜１０４としては、屈折率の高い絶縁膜と屈折率の低い絶縁膜とを交互に積層する構成とすればよい。例えば、図１６（Ａ）に示すように、基板側から順に酸化窒化珪素膜１６５１（ＳｉＯ_xＮ_y膜）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙは正の整数）、窒化酸化珪素膜１６５２（ＳｉＮ_xＯ_y膜）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙは正の整数）を積層する構成としたり、図１６（Ｂ）に示すように、基板側から順に第１の酸化窒化珪素膜１６５３、第１の窒化酸化珪素膜１６５４、第２の酸化窒化珪素膜１６５５、第２の窒化酸化珪素膜を積層する構成１６５６とすればよい。本発明の作製工程で肝要なことは、上記のように金属膜を用いずに反射膜を形成することである。

次に、図１（Ｃ）に示すように、反射膜１０４をパターニングし、半導体膜１０３の一部を露出させるようにする。なお、半導体膜１０３において、反射膜１０４で覆われている領域（第１の領域）を１１０、露出されている領域（第２の領域）を１１１とする。パターニングの方法としては、公知のパターニング技術を使用すればよいが、より好ましくは、ドライエッチングによってパターニングするとよい。この理由は、ドライエッチングを使用することによって異方性エッチングを行うことが可能なため、パターニングを制御良く行うことができるためである。

次に、図１（Ｄ）に示すように、パターニングされた反射膜をマスクとして、レーザー光を照射する。レーザー光を照射することによって半導体膜が結晶化されるまでの過程について説明する。

半導体膜１０３にレーザー光が照射されると、反射膜１０４がパターニングされて半導体膜１０３が露出された領域１１１は、完全溶融領域となる。

一方、反射膜で覆われた領域１１０はレーザー光が反射される。この結果、半導体膜の結晶化に必要なしきい値エネルギーを超えない状態となる。すなわち、反射膜で覆われた領域１１０は溶融せず、固相半導体領域といえる。なお、図１（Ｄ）では、反射膜１０４の最表面のみでレーザー光が反射されているように便宜上記載しているが、実際にはレーザー光は反射膜中にも入射されており、反射膜を構成している各絶縁膜の境界面で反射されている。また、反射される割合自体は小さいが、反射膜を構成している積層絶縁膜の最下層と半導体膜との界面の間でも、レーザー光は反射されている。反射膜を構成している積層絶縁膜各々の膜厚は、入射側に戻ってくる反射光（より好ましくは、入射側に戻ってくる全ての反射光）の位相が揃うように設計されていることが好ましく、干渉効果により反射光強度が増大する。

完全溶融領域と固相半導体領域とでは、温度勾配が生じている。完全溶融領域において結晶核が生成するには、ある程度時間が掛かる。そのため、完全溶融領域において結晶核が生成するまでの間に、前記半導体膜の膜面に対するラテラル方向に結晶成長の先端である固液界面（固相半導体領域と完全溶融領域との境界を指す。）が移動することで、結晶粒が成長する。そして、この成長は、半導体膜が露出された領域１１１の中心（図１（Ｄ）において結晶性半導体膜１０５中に示した点線部分）で結晶成長してきた結晶粒が互いに接触し、結晶成長は終了する。また同時に、半導体膜が露出された領域の中心付近の表面にリッジが形成される。このようにして、半導体膜１０３が露出された領域１１１の結晶化が起こり、結晶粒の成長位置および成長方向が制御された結晶性半導体膜１０５が形成される。なお、本明細書において「リッジ」とは、レーザー光の照射によって結晶成長してきた結晶粒が接触した際に、半導体膜の表面に形成される突起のことをいう。

本工程で使用するレーザー光は、パルス発振方式のレーザー光であり、パルス発振が可能なレーザー光であれば、どのような種類でもよい。例えば、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマレーザー、ＣＯ₂レーザー、ＹＡＧレーザー、Ｙ₂Ｏ₃レーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＧｄＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザーまたは金蒸気レーザーのいずれか一を使用することができる。

また、照射するレーザービームのエネルギー密度は、半導体膜の膜厚や、照射するレーザービームのパルス幅、波長などにより条件が変わる。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザーを用いて膜厚が５０ｎｍの半導体膜を結晶化する場合であれば、４００〜１０００ｍＪ／ｃｍ²で行えばよい。

また、照射するレーザービームの形状は、線状に加工したものでもよいし、面状に加工したものでもよい。

本発明は、図１（Ｃ）に示すように、互いに隣り合う反射膜と反射膜の間の幅（スリットの幅）を１〜１０μｍ（好ましくは２〜３μｍ）とすることにより、反射膜がパターニングされて半導体膜が露出された領域の全体をラテラル成長させることができる。すなわち、スリットの幅を１０μｍ以上にすると、レーザーが照射されて完全に溶融した領域がラテラル成長する前に固化する領域（種結晶）が一部生成してしまうため、本発明を実施することができなくなってしまう。

次に、パターニングされた反射膜を全て除去する。前記パターニングされた反射膜を除去する方法は、公知のエッチング技術を用いればよいが、より好ましくは、ウエットエッチングによって除去するとよい。この理由は、ドライエッチングに比較して、ウエットエッチングを使用する方が、半導体膜と反射膜として用いる酸化珪素膜とのエッチング選択比を大きく取ることが可能なためである。すなわち、ウエットエッチングを使用することにより、結晶化された半導体膜がオーバーエッチングされずに反射膜を除去することができる。

以上の工程によって、結晶粒の成長位置および成長方向が制御された結晶性半導体膜１０５を得ることができる。

本実施例では、結晶性半導体膜を作製し、得られた結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを作製する工程を、図１及び図２を用いながら説明する。

まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板や石英基板等の絶縁基板１０１の上に下地膜１０２を形成する。下地膜１０２の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法に代表されるＣＶＤ法、スパッタ法などの公知の方法を用いればよい。また、下地膜１０２としては、酸化珪素膜（ＳｉＯ_x膜）、窒化珪素膜（ＳｉＮ_x膜）、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯ_xＮ_y膜）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙは正の整数）、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮ_xＯ_y膜）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙは正の整数）のいずれか一を用いる単層構造としてもよいし、これらを適宜積層する構造としてもよい。本実施例では、下地膜１０２として、窒化酸化珪素膜を５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜を１００ｎｍ積層する構成とする。

次に、下地膜１０２の上に半導体膜１０３を形成する。半導体膜１０３としては、非晶質半導体膜を形成すればよいが、微結晶半導体膜や結晶性半導体膜を形成してもよい。また、半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を用いるとよい。本実施例では、非晶質珪素膜を５４ｎｍ形成する。なお、半導体膜を形成した後に、半導体膜に含まれる水素を除去する工程を行ってもよい。具体的には、５００℃で１時間加熱すればよい。

また、下地膜１０２と半導体膜１０３を形成する際に、下地膜１０２と半導体膜１０３との界面が大気に曝されないようにすると、界面の汚染を防ぐことが可能となり、作製されるＴＦＴの特性のバラツキを低減させることができる。本実施例では、下地膜１０２と半導体膜１０３を、プラズマＣＶＤ法を用いて大気に曝さずに連続して形成する。

次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体膜１０３の上に反射膜１０４を形成する。反射膜１０４としては、絶縁膜を積層した構成とすればよい。

ここで、エキシマレーザー（ＸｅＣｌ）の波長である３０８ｎｍでの反射膜の反射率を図３に示す。図３は、反射膜として、酸化珪素膜と、酸化珪素膜の上に窒化珪素膜を積層した２層構造として、各膜の厚さを変化させたときの反射率をシミュレーションした結果である。図３より、反射膜を設けない（すなわち、酸化珪素膜及び、窒化珪素膜の膜厚をそれぞれ０ｎｍとした）場合の反射率は、約５５％であることがわかる。また、酸化珪素膜を４５ｎｍ、窒化珪素膜を４０ｎｍ積層して反射膜を構成した場合、反射率は約６８％になることがわかる。したがって、エキシマレーザー（ＸｅＣｌ）を照射して結晶化する場合、反射膜は６５％以上の反射率を有していることが好ましい。

なお、図３では、反射膜として酸化珪素膜と窒化珪素膜とを２層積層する構造としているが、４層、６層とさらに積層することによって、反射膜の反射率を更に向上させることが期待できる。本実施例では、酸化珪素膜を４５ｎｍ、窒化珪素膜を４０ｎｍ積層する構成とする。

次に、図１（Ｃ）に示すように、反射膜１０４をパターニングして、半導体膜の一部を露出させるようにする。パターニングの方法としては、公知のパターニング技術を使用すればよいが、より好ましくは、ドライエッチングによってパターニングするとよい。ドライエッチングを使用すると、異方性エッチングが可能なため、パターニングを制御良く行うことができる。なお、半導体膜１０３において、反射膜１０４で覆われている領域（第１の領域）を１１０、露出されている領域（第２の領域）を１１１とする。

また、反射膜と反射膜の間の幅（スリットの幅）は、１〜１０μｍとすればよく、好ましくは２〜３μｍとすればよい。

次に、図１（Ｄ）に示すように、パターニングされた反射膜をマスクとしてレーザー光を照射することによって半導体膜１０３が露出された領域１１１を結晶化し、結晶性半導体膜１０５を形成する。このとき、半導体膜１０３が反射膜で覆われた領域１１０も、反射膜やレーザー光の条件によっては結晶性が向上することがあるが、結晶性半導体膜１０５に比較して結晶性は劣るものである。なお、本工程の前に、パターニングされた反射膜をマスクとしてＮｉなどの半導体膜の結晶化を促進する元素を添加し固相成長させた後、レーザー光を照射して半導体膜の露出された領域を結晶化し、結晶性半導体膜１０５を形成してもよい。なお、結晶化を促進する元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を用いることができる。

本実施例で使用するレーザー光は、パルス発振方式のレーザー光であり、パルス発振が可能なレーザー光であれば、どのような種類でもよい。例えば、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマレーザー、ＣＯ₂レーザー、ＹＡＧレーザー、Ｙ₂Ｏ₃レーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＧｄＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザーまたは金蒸気レーザーのいずれか一を使用することができる。本実施例では、エキシマレーザー（ＸｅＣｌ）を使用する。

次に、パターニングされた反射膜を全て除去し、半導体膜の全面が露出されるようにする。前記パターニングされた反射膜を除去する方法は、公知のエッチング技術を用いればよいが、より好ましくは、ウエットエッチングによって除去するとよい。これは、ドライエッチングに比較して、ウエットエッチングを使用する方が、半導体膜と反射膜として用いる酸化珪素膜とのエッチング選択比を大きく取ることが可能なためである。すなわち、結晶化された半導体膜がオーバーエッチングされずに反射膜を除去することができる。本実施例では、７．１３ｗｔ％のフッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）と１５．４ｗｔ％のフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）をエッチャントとして用い、反射膜を室温にてウエットエッチングする。

次に、半導体膜の全面を露出させた後、ボロンなどのｐ型の導電型を付与する不純物を、露出された半導体膜全面にドーピングする。本工程により、ＴＦＴのチャネル形成領域となる領域にチャネルドープし、ＴＦＴのしきい値を制御することができる。

次に、図２（Ａ）に示すように、半導体膜１１０をパターニングして、島状の半導体膜を形成する。パターニングの方法としては、公知のパターニング技術を使用すればよい。また、半導体膜１１０は、全てパターニングしてもよいし、その一部をパターニングしてもよい。本実施例では、結晶性半導体膜１０５はパターニングせず、半導体膜１１０の一部のみをパターニングする。

次に、図２（Ｂ）に示すように半導体膜１１０をパターニングした後、絶縁膜（ゲート絶縁膜）１０６を形成する。絶縁膜１０６は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜のいずれか一を用いる単層構造としてもよいし、これらを適宜積層する構造としてもよい。

次に、図２（Ｃ）に示すように、絶縁膜１０６を形成した後に金属膜を成膜し、その一部をパターニングしてゲート電極１０７を形成する。金属膜は、Ａｌ、Ｍｏ、またはＷなどを使用することができ、これらの金属の単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。例えば、ＴａＮ上にＷを形成した積層構造とすることができる。また、金属膜の代わりにポリシリコン膜を用いてゲート電極１０７を形成してもよい。

ゲート電極１０７を形成した段階での断面図を図４（Ａ）、上面図を図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）の断面図は、図４（Ｂ）の上面図におけるＡＡ’間の断面図に相当する。ゲート電極１０７を形成する際にあたり、ゲート電極１０７が形成される領域の下には、島状の半導体膜のうちリッジの存在する領域を含まないようにすることが好ましい。すなわち、ゲート電極１０７の下に形成されるＴＦＴのチャネル形成領域は、島状の半導体膜のうちリッジのほとんど存在しない結晶性半導体膜１０５を用いて形成するとよい。ただし、上述したように結晶性半導体膜１０５
中にもリッジが存在する領域（図１（Ｄ）においては、結晶性半導体膜１０５中に示した点線部分）を含んでいるので、この領域を含まないようにすることが好ましい。図４においては、半導体膜１１０の一部をエッチングして島状の半導体膜を形成し、当該島状の半導体膜のうちリッジのほとんど存在しない結晶性半導体膜１０５を用いてＴＦＴのチャネル形成領域が形成されるので、好ましい。

また、図５のように結晶性半導体膜１０５の一部を残すようにパターニングして島状の半導体膜を形成し、リッジのほとんど存在しない結晶性半導体膜１０５上にゲート電極を形成するようにしてもよい。ゲート電極１０７を形成した段階での断面図を図５（Ａ）、上面図を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）の断面図は、図５（Ｂ）の上面図におけるＢＢ’間の断面図に相当する。結局、パターニングは、リッジのほとんど存在しない結晶性半導体膜１０５上にゲート電極１０７を形成することができる条件であれば、図４及び図５以外のパターニングを行ってもよい。

次に、ゲート電極１０７をマスクとして、リンなどのｎ型の導電型を付与する不純物をドーピングする。本工程により、ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域が自己整合的に形成される。

次に、図２（Ｄ）に示すように、絶縁膜１０６及びゲート電極１０７上に層間絶縁膜１０８を形成する。層間絶縁膜１０８としては、単層構造であってもよいし、多層構造としてもよい。また、層間絶縁膜１０８の材料としては、自己平坦性を有する材料（例えばアクリル、ポリイミド、シロキサンなどの塗布膜など）を使用することができる。また、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜なども適宜組み合わせることも可能である。本実施例では、無機絶縁膜の上に有機樹脂からなる絶縁膜を積層して形成する。なお、シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）、またはフルオロ基を用いればよい。また、置換基として、少なくとも水素を含む有機基とフルオロ基とを共に用いてもよい。

次に、図２（Ｅ）に示すように、ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域に達するように、層間絶縁膜１０８にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形状は、テーパー形状にするとよい。

次に、コンタクトホール上に、配線（電極）１０９を形成する。配線１０９としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、またはＭｏなどを使用することができ、これらの金属の単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔｉを順に積層した構造や、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｏを順に積層した構造とすることができる。また、その他に、Ａｌ及びＣを含む合金を用いることもできる。この合金に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｉ等を含有させても良い。これらの含有率は、例えば、Ｃを０．１〜３．０原子％、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅのうち少なくとも一種以上の元素を０．５〜７．０原子％、Ｓｉを０．５〜２．０原子％とするのがよい。

以上の工程によって、本発明によって作製された結晶性半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いたＴＦＴを作製することができる。

本実施例で作製する結晶性半導体膜１０５は、他の膜を介さず、半導体膜１０３が露出された領域１１１に直接レーザーを照射することによって形成されている。他の膜を介してレーザー光を半導体膜１０３に照射すると、当該膜の膜厚のバラツキに応じて、半導体膜１０３に吸収されるエネルギーにバラツキが生じてしまう。本実施例に示したように、半導体膜１０３が露出された領域１１１に直接レーザーを照射すると、半導体膜１０３が露出された領域１１１に吸収されるエネルギーは、半導体膜１０３が露出された領域１１１の面内において一定となる。したがって、結晶性半導体膜１０５を用いてＴＦＴのチャネル形成領域を形成して複数のＴＦＴを作製すると、個々のＴＦＴにおける特性のバラツキをなくすことができる。

なお、本実施例ではｎチャネル型のＴＦＴを作製する工程について説明したが、本発明を用いればｐチャネル型のＴＦＴも作製することができる。

本実施例では、実施例１とは違う方法を用いて結晶性半導体膜を作製する方法を、図６を用いながら示す。

まず、図６（Ａ）に示すように、ガラス基板や石英基板等の絶縁基板１０１の上に下地膜１０２を形成する。下地膜１０２の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法に代表されるＣＶＤ法、スパッタ法などの公知の方法を用いればよい。また、下地膜１０２としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜のいずれか一を用いる単層構造としてもよいし、これらを適宜積層する構造としてもよい。本実施例では、下地膜１０２として、窒化酸化珪素膜と酸化窒化珪素膜とを積層した構成とする。

次に、下地膜１０２の上に非晶質半導体膜３０１を形成する。

次に、非晶質半導体膜３０１を結晶化し、結晶性半導体膜３０２を形成する。

結晶化の方法は、加熱やＮｉを使用して結晶化する公知の方法を用いればよいが、レーザー照射による結晶化が好ましく、本実施例では、レーザー照射によって結晶化する例を示す。

結晶化に使用するレーザーは、パルス発振方式のレーザーでもよいし、連続発振方式のレーザーでもよい。

パルス発振が可能なレーザー光としては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマレーザー、ＣＯ₂レーザー、ＹＡＧレーザー、Ｙ₂Ｏ₃レーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＧｄＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザーまたは金蒸気レーザーなどを使用することができる。

連続発振が可能なレーザー光としては、気体レーザーまたは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとしては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがある。また、固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＧｄＶＯ₄などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該固体レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザー（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）が挙げられる。具体的には、連続発振のＹＶＯ₄レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザー光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ₄結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度の速度でレーザー光に対して相対的に絶縁基板１０１を移動させて照射する。

次に、図６（Ｂ）に示すように、結晶性半導体膜３０２の上に反射膜１０４を形成する。反射膜１０４としては、絶縁膜を積層した構成とすればよい。例えば、酸化窒化珪素膜と窒化酸化珪素膜とを積層する構成とすればよい。

次に、図６（Ｃ）に示すように、反射膜１０４をパターニングして、結晶性半導体膜３０２の一部を露出させるようにする。結晶性半導体膜３０２のうち、反射膜１０４で覆われた領域を３１０、露出された領域を３１１とする。パターニングの方法としては、公知のパターニング技術を使用すればよいが、より好ましくは、ドライエッチングによってパターニングするとよい。ドライエッチングを使用すると、異方性エッチングが可能なため、パターニングを制御良く行うことができる。

また、互いに隣り合う反射膜と反射膜の間の幅（スリットの幅）は、１〜１０μｍとすればよく、好ましくは２〜３μｍとすればよい。

次に、図６（Ｄ）に示すように、パターニングされた反射膜をマスクとしてレーザー光を再度照射し、結晶性半導体膜３０２の露出された領域３１１を再結晶化する。本実施例は、予め非晶質半導体膜３０１を結晶化しておき、その後本工程でレーザーを照射することにより結晶性を更に向上させている。この結晶性の向上は、非晶質半導体膜３０１が結晶化された結晶性半導体膜３０２の配向性の影響を受けてラテラル成長することに起因する。なお、図６（Ｄ）では、反射膜１０４の最表面のみでレーザー光が反射されているように便宜上記載しているが、実際にはレーザー光は反射膜中にも入射されており、反射膜を構成している各絶縁膜の境界面で反射されている。また、反射される割合自体は小さいが、反射膜を構成している積層絶縁膜の最下層と半導体膜との界面の間でも、レーザー光は反射されている。反射膜を構成している積層絶縁膜各々の膜厚は、入射側に戻ってくる反射光（より好ましくは、入射側に戻ってくる全ての反射光）の位相が揃うように設計されていることが好ましく、干渉効果により反射光強度が増大する。

以上の工程によって、結晶性半導体膜を作製することができる。結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを作製するまでの工程については、実施例１で示した方法を適用することができるので、ここでは省略する。

本実施例では、実施例１または実施例２で説明した方法を用いて作製された結晶性半導体膜を、液晶表示装置やＥＬ表示装置に代表される表示装置に適用する一例について説明する。

図７（Ａ）に示すように、実施例１または実施例２で説明した方法を用いて基板７０１上に半導体膜を結晶化して形成された結晶性半導体膜７０４をパターニングした後、ゲート絶縁膜７０５を形成する。ゲート絶縁膜７０５は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜のいずれか一を用いる単層構造としてもよいし、これらを適宜積層する構造としてもよい。本実施例では、ゲート絶縁膜を酸化窒化珪素膜と窒化酸化珪素膜とを順に積層する構成とする。なお、結晶性半導体膜７０４を形成するまでの工程は、実施例１または実施例２で説明した方法を用いればよいので、ここでは説明を省略する。

次に、図７（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜７０５の上にゲート電極７０６を形成する。ゲート電極７０６として用いる導電膜の材料は、Ａｌ、Ｍｏ、またはＷなどを使用することができ、これらの金属の単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。また、導電膜としてポリシリコン膜を用いてもよい。本実施例では、窒化タンタル（ＴａＮ）を３０ｎｍ、タングステン（Ｗ）を３７０ｎｍ積層する構成とする。この際、ＴａＮの幅が、Ｗに比べて０．５〜１．５μｍ幅が広くなるように形成するとより好ましい。

次に、ゲート電極７０６をマスクとして、ボロン（Ｂ）などのｐ型の導電型を付与する不純物を結晶性半導体膜７０４にドーピングする。本工程により、ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域を自己整合的に形成することができる。なお、本実施例では、公知のドーピング方法により、ＴＦＴのチャネル形成領域とソース領域及びドレイン領域との間に低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）を形成しているが、低濃度不純物領域を設けない構成としてもよい。

また、ドーピングを行った後、不純物領域にドーピングされた不純物元素を活性化するために、加熱処理、強光の照射、又はレーザー光の照射を行ってもよい。これにより、不純物元素の活性化だけでなく、ゲート絶縁膜７０５へのプラズマダメージやゲート絶縁膜７０５と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。

次に、図７（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜７０５及びゲート電極７０６上に第１の層間絶縁膜７０７を形成する。第１の層間絶縁膜７０７は、酸化珪素膜（ＳｉＯ_x膜）、窒化珪素膜（ＳｉＮ_x膜）、酸化窒化珪素膜（ＳｉＯ_xＮ_y膜）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙは正の整数）、窒化酸化珪素膜（ＳｉＮ_xＯ_y膜）（ｘ＞ｙ）（ｘ、ｙは正の整数）のいずれか一を用いる単層構造としてもよいし、これらを適宜積層する構造としてもよい。本実施例では、窒化酸化珪素膜を１００ｎｍ、酸化窒化珪素膜を９００ｎｍ積層する構成とする。

第１の層間絶縁膜７０７を形成した後、窒素雰囲気中で、３００〜５５０℃（より好ましくは４００〜５００℃）で１〜１２時間の熱処理を行い、結晶性半導体膜７０４（半導体層）を水素化する工程を行うことが好ましい。本工程により、第１の層間絶縁膜７０７に含まれている水素により半導体層のダングリングボンドを終端することができる。本実施例では、４１０℃で１時間加熱処理を行う。

次に、図７（Ｄ）に示すように、ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域に達するように、第１の層間絶縁膜７０７にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形状は、テーパー状にするとよい。

次に、コンタクトホールを覆うように、配線７０８（電極）を形成する。配線７０８は、ソース電極またはドレイン電極として機能する。配線７０８としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｂａ等の金属若しくはその合金、またはその金属窒化物を用いて形成する。また、これらの積層構造としてもよい。本実施例では、チタン（Ｔｉ）を１００ｎｍ形成し、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）を７００ｎｍ形成し、チタン（Ｔｉ）を２００ｎｍ形成し、所望の形状にパターニングする。

次に、図７（Ｅ）に示すように、第１の層間絶縁膜７０７及び配線７０８上に第２の層間絶縁膜７０９を形成する。第２の層間絶縁膜７０９は、単層構造であってもよいし、多層構造としてもよい。また、第２の層間絶縁膜７０９の材料としては、自己平坦性を有する材料（例えばアクリル、ポリイミド、シロキサンなどの塗布膜など）を使用することができる。本実施例では、シロキサンの塗布膜を焼成して第２の層間絶縁膜７０９を形成する。本実施例においては、第２の層間絶縁膜７０９としてシロキサンの単層構造について説明するが、シロキサンを最上層に有する積層構造としてもよい。

次に、第２の層間絶縁膜７０９にコンタクトホールを形成した後、該コンタクトホールを介して配線７０８に電気的に接続するための第１の電極７１０を形成する。第１の電極７１０としては、酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（酸化珪素を含むインジウム錫酸化物ともいう。以下、「ＩＴＳＯ」という。）、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムなどを用いることができる。また、酸化インジウムに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成された酸化インジウム酸化亜鉛合金などの透明導電膜を用いることもできる。また、上記透明導電膜の他に、窒化チタン膜またはチタン膜を用いてもよい。この場合、透明導電膜を成膜した後に、窒化チタン膜またはチタン膜を、光が透過する程度の膜厚（好ましくは５〜３０ｎｍ程度）で成膜する。本実施例では、電極７１０としてＩＴＳＯ膜を１１０ｎｍ形成する。

また、第１の電極７１０は、その表面が平坦化されるように、ＣＭＰ法、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄し、研磨してもよい。またＣＭＰ法を用いた研磨後に、第１の電極７１０の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。

また、第１の電極７１０を形成後、加熱処理を行ってもよい。この加熱処理により、透明導電膜の透過率を大きくすることができるため、信頼性の高い表示装置を作製することができる。本実施例では、２５０℃で１時間加熱処理を行う。

本実施例では、ｐチャネル型のＴＦＴを作製する工程について説明した。しかし、ゲート電極をマスクとして結晶性半導体膜７０４にｎ型の導電型を付与する不純物をドーピングすることによりｎチャネル型のＴＦＴを作製する際にも本発明は適用することができる。また、同一基板上にｐチャネル型のＴＦＴとｎチャネル型のＴＦＴを作製する場合についても、本発明を適用することができる。

また、ＴＦＴはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でもよいし、二つ形成されるダブルゲート構造または三つ形成されるトリプルゲート構造であってもよい。また、周辺駆動回路領域の薄膜トランジスタも、シングルゲート構造、ダブルゲート構造またはトリプルゲート構造であってもよい。

また、本実施例で示したＴＦＴの作製方法に限らず、トップゲート型（プレーナー型）、ボトムゲート型（逆スタガ型）、あるいはチャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された２つのゲート電極を有する構造においても本発明を適用することができる。

以上の工程によって、本発明を用いて作製された結晶性半導体膜を用いて電気的特性の高い液晶表示装置やＥＬ表示装置に代表される表示装置を作製することができる。

本実施例では、実施例３で作製した表示装置において、第２の層間絶縁膜７０９を形成せずに第１の電極を形成するまでの工程について説明する。よって、同一部分又は同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。

本実施例では、ゲート電極７０６を形成する工程までは実施例３で説明したものと同様なため、その後の工程について説明する。

まず、図１１に示すように、ゲート絶縁膜７０５及びゲート電極７０６上に第１の層間絶縁膜１１０７を形成する。本実施例では、窒化酸化珪素膜と、シロキサンとの２層構造として第１の層間絶縁膜１１０７を形成する。なお、窒化酸化珪素膜の代わりに酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムや、その他の無機絶縁性材料からなる膜を用いてもよい。

次に、ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域に達するように、第１の層間絶縁膜１１０７にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形状は、テーパー状にするとよい。

次に、コンタクトホールを覆うように、配線１１０８（電極）を形成する。配線１１０８は、ソース電極またはドレイン電極として機能する。

次に、ＴＦＴの半導体層のソース領域又はドレイン領域に接続する配線１１０８を形成した後、配線１１０８上の一部に重なるように第１の電極１１１０を形成する。

第１の電極１１１０は画素電極として機能し、実施例３における第１の電極７１０と同じ材料を用いればよい。本実施例においても実施例３と同様に第１の電極１１１０を通過して光を取り出すために、透明導電膜であるＩＴＳＯを第１の電極１１１０として形成する。

次に、第１の電極１１１０の端部及びＴＦＴを覆うように絶縁膜１１１１を形成する。絶縁膜１１１１は、実施例３において説明した絶縁膜７０９と同じ材料を用いればよいが、本実施例では、絶縁膜１１１１としてアクリルを用いる。

次に、第１の電極１１１０上に電界発光層１１１２を形成し、第２の電極１１１３を積層することによって発光素子を形成する。第２の電極１１１３を覆うようにパッシベーション膜を形成する。最後に基板７０１をシール材によって封止基板と貼り合わせる。なお、シール材で囲まれた領域には充填材を充填してもよい。

図１２における表示装置は、配線１２０８と第１の電極１２１０の接続構造が、第１の電極１２１０上の一部に配線１２０８が重なる構造となっている。このような接続構造を得るためには、第１の層間絶縁膜１２０７上に第１の電極１２１０を形成した後に第１の層間絶縁膜１２０７にコンタクトホールを形成し、第１の電極１２１０上の一部に重なるように配線１２０８を形成すればよい。当該構造にすると、シロキサン上に第１の電極１２１０を形成することができるため、被覆性がよい。さらに、第１の電極１２１０に対してＣＭＰなどの研磨処理も十分に行うことができ、第１の電極１２１０を平坦性よく形成することができる利点がある。

本実施例では、実施例１または実施例２で説明した方法を用いて作製された結晶性半導体膜を用いて、エレクトロルミネッセンス素子（以下、「ＥＬ素子」という。）を有する表示装置（ＥＬ表示装置）を作製する方法について説明する。

本実施例では、エレクトロルミネッセンス素子からの光を第１の電極８１０側から取り出す構造にするため、透光性を有する膜を用いて第１の電極８１０を形成する。本実施例では、実施例３と同様に、酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（ＩＴＳＯ）を第１の電極８１０として用いる。

まず、図８に示すように、第１の電極８１０の端部及びＴＦＴを覆うように絶縁膜８１１（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる。）を形成する。

絶縁膜８１１としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムその他の無機絶縁性材料、又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子、又はシロキサンを用いることができる。その他にもアクリル、ポリイミド等の感光性、非感光性の材料を用いて形成してもよい。本実施例では、感光性ポリイミドを用いて、平坦な領域で膜厚が１．５μｍとなるように絶縁膜８１１を形成する。

また、絶縁膜８１１は曲率半径が連続的に変化する形状が好ましく、絶縁膜８１１上に形成される電界発光層８１２（有機化合物を含む層）、第２の電極８１３の被覆性を向上させることができる。

また、信頼性をさらに向上させるため、電界発光層８１２を形成する前に加熱処理を行うとよい。当該加熱処理により、第１の電極８１０や絶縁膜８１１に含有、付着している水分を放出させることが好ましい。本実施例では、３００℃で１時間加熱処理を行う。

次に、第１の電極８１０上に電界発光層８１２を形成する。なお、図８では１画素しか図示していないが、本実施例では赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応した電界発光層を作り分けている。本実施例では電界発光層８１２として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光を示す材料を、蒸着マスクを用いた蒸着法によって、それぞれ選択的に形成する。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料は、蒸着マスクを用いた蒸着法によってそれぞれ選択的に形成する方法や、液滴吐出法により形成することができる。液滴吐出法の場合、マスクを用いずにＲＧＢの塗り分けを行うことができるという利点がある。本実施例では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光を示す材料を蒸着法によってそれぞれ形成する。

次に、電界発光層８１２の上に導電膜からなる第２の電極８１３を形成する。第２の電極８１３としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ₂、またはＣａＮ）を用いればよい。こうして第１の電極８１０、電界発光層８１２及び第２の電極８１３からなる発光素子が形成される。

図８に示す表示装置において、発光素子から発した光は、基板８０１と第１の電極８１０の間に形成された膜を透過して第１の電極８１０側から矢印の方向に出射される。

また、第２の電極８１３を覆うようにしてパッシベーション膜を設けることは有効である。パッシベーション膜としては、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮＯ）または酸化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜（ＣＮ）を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層を用いることができる。

この際、パッシベーション膜としてカバレッジの良い膜を用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い電界発光層８１２の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、電界発光層８１２の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に電界発光層８１２が酸化するといった問題を防止することができる。

次に、発光素子が形成された基板８０１と、封止基板とをシール材によって固着し、発光素子を封止する。断面からの水分の侵入がシール材によって遮断されるので、発光素子の劣化が防止でき、表示装置の信頼性が向上する。なお、シール材で囲まれた領域には充填材を充填してもよく、窒素雰囲気下で封止することによって、窒素等を封入してもよい。また充填材は、液状の状態で滴下し、表示装置内に充填することもできる。本実施例では、下面出射型のため、透光性を有する充填材を使用する必要はないが、充填材を透過して光を取り出す構造の場合は、透光性を有す材料を用いて充填材を形成する必要がある。充填材の一例としては、可視光硬化、紫外線硬化または熱硬化のエポキシ樹脂が挙げられる。以上の工程において、発光素子を有する表示装置が完成する。

また、素子の水分による劣化を防ぐためにＥＬ表示パネル内に乾燥剤を設置することが好ましい。本実施例では、画素領域を取り囲むように封止基板に形成された凹部に乾燥剤を設置し、薄型化を妨げない構成とする。また、ゲート配線層に対応する領域にも乾燥剤を設置することにより吸水面積を広く取ることができ、吸水効果が高い。また、直接発光しないゲート配線層上に乾燥剤を形成しているので、光取り出し効率を低下させることもない。

なお、本実施例では、ガラス基板で発光素子を封止した場合を説明するが、封止の処理とは、発光素子を水分から保護するための処理であり、カバー材で機械的に封入する方法、熱硬化性樹脂又は紫外光硬化性樹脂で封入する方法、金属酸化物や窒化物等のバリア能力が高い薄膜により封止する方法のいずれかを用いる。カバー材としては、ガラス、セラミックス、プラスチックもしくは金属を用いることができるが、カバー材側に光を放射させる場合は透光性でなければならない。また、カバー材と上記発光素子が形成された基板とは熱硬化性樹脂又は紫外光硬化性樹脂等のシール材を用いて貼り合わせられ、熱処理又は紫外光照射処理によって樹脂を硬化させて密閉空間を形成する。この密閉空間の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を設けることも有効である。この吸湿材は、シール材の上に接して設けても良いし、発光素子よりの光を妨げないような、隔壁の上や周辺部に設けても良い。さらに、カバー材と発光素子の形成された基板との空間を熱硬化性樹脂若しくは紫外光硬化性樹脂で充填することも可能である。この場合、熱硬化性樹脂若しくは紫外光硬化性樹脂の中に酸化バリウムに代表される吸湿材を添加しておくことは有効である。

本発明を用いると、電気的特性の高い半導体装置が用いられたＥＬ表示装置を作製することが
できる。よって、高精細、高画質な表示装置を低いコストで歩留まり良く製造することができる。

本発明によって作製された結晶性半導体膜を用いてＥＬ表示装置を作製することができるが、ＥＬ素子から発せられる光の放射方式としては、下面放射型、上面放射型、両面放射型の３つの方式がある。実施例５では、片面出射型である下面出射型の例を示したが、本実施例では、両面出射型と、片面出射型である上面出射型の例を、図９及び図１０を用いて説明する。

図９に示す表示装置は、両面出射型であり、矢印の方向に発光素子が設けられた基板側からも、封止基板側からも光を出射する構造である。なお本実施例では、透明導電膜を成膜し、所望の形状にエッチングすることで第１の電極９１０を形成する。第１の電極９１０として透明導電膜を用いることができる。また、透明導電膜の代わりに窒化チタン膜またはチタン膜を用いても良い。この場合、窒化チタン膜またはチタン膜を、光が透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で成膜すればよい。本実施例では、第１の電極９１０としてＩＴＳＯを用いている。

次に、電界発光層９１２の上には導電膜からなる第２の電極９１３が設けられる。第２の電極９１３は、陰極として機能させるため、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、若しくはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ₂、またはＣａＮ）を用いればよい。図９の表示装置では、光が透過するように、第２の電極９１３として膜厚を薄くした金属薄膜（ＭｇＡｇ：膜厚１０ｎｍ）と、透明導電性を有する材料であるＩＴＳＯ（膜厚１００ｎｍ）との積層膜を用いる。

図１０に示す表示装置は、片面出射型であり、矢印の方向に上面出射する構造であり、図９で示した両面出射型の表示装置において、第１の電極１０１０の下に反射膜を設けるような構造とする。すなわち、図１０に示すとおり、反射性を有する金属膜１０５１の上に、陽極として機能する透明導電膜である第１の電極１０１０を設ける。反射性を有する金属膜としては、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕなどを用いればよい。特に、可視光の領域で反射性が高い物質を用いることが好ましく、本実施例ではＴｉＮ膜を用いる。

電界発光層１０１２の上には導電膜からなる第２の電極１０１３が設けられる。第２の電極１０１３は、陰極として機能させるため、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、若しくはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ₂、またはＣａＮ）を用いればよい。本実施例では、第２の電極１０１３として、膜厚を薄くした金属薄膜（ＭｇＡｇ：膜厚１０ｎｍ）とＩＴＳＯ（膜厚１１０ｎｍ）の積層構造を用いて発光が透過するようにする。

本発明に適用できる発光素子（ＥＬ発光素子）の形態について説明する。発光素子は、電界発光層を第１の電極と第２の電極で挟んだ構成になっている。第１の電極及び第２の電極は仕事関数を考慮して材料を選択する必要があり、第１の電極及び第２の電極は、画素構成によって陽極、陰極のいずれにもなりうる。

ＴＦＴの極性がｐチャネル型である場合、第１の電極を陽極、第２の電極を陰極とすることが好ましい。また、ＴＦＴの極性がＮチャネル型である場合、第１の電極を陰極、第２の電極を陽極とすることが好ましい。

また、第１の電極を陽極、第２の電極を陰極とする場合、電界発光層は、第１の電極（陽極）側から、ＨＩＬ（ホール注入層）、ＨＴＬ（ホール輸送層）、ＥＭＬ（発光層）、ＥＴＬ（電子輸送層）、ＥＩＬ（電子注入層）、第２の電極（陰極）の順に積層するのが好ましい。

また、第１の電極を陰極、第２の電極を陽極とする場合、電界発光層は、第１の電極（陰極）側からＥＩＬ（電子注入層）、ＥＴＬ（電子輸送層）、ＥＭＬ（発光層）、ＨＴＬ（ホール輸送層）、ＨＩＬ（ホール注入層）、第２の電極（陽極）の順に積層するのが好ましい。

発光層は、発光波長帯の異なる発光層を画素毎に形成して、カラー表示を行う構成としても良い。典型的には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を形成する。この場合、画素の光放射側にその発光波長帯の光を透過するフィルターを設けた構成とすることで、色純度の向上や、画素部の鏡面化（映り込み）の防止を図ることができる。フィルターを設けることで、従来必要であるとされていた円偏光板などを省略することが可能となり、発光層から放射される光の損失を無くすことができる。さらに、斜方から画素部（表示画面）を見た場合に起こる色調の変化を低減することができる。

また、発光層として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料は、蒸着マスクを用いた蒸着法によって、それぞれ選択的に形成する。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料はカラーフィルタと同様に、液滴吐出法により形成することもでき（低分子または高分子材料など）、この場合マスクを用いずとも、ＲＧＢの塗り分けを行うことができるため好ましい。

また、発光層は、単色又は白色の発光を呈する構成とすることができる。白色発光材料を用いる場合には、画素の光放射側に特定の波長の光を透過するフィルター（着色層）を設けた構成としてカラー表示を可能にすることができる。

また、封止基板にカラーフィルタ（着色層）を形成してもよい。カラーフィルタは、蒸着法や液滴吐出法によって形成することができ、カラーフィルタを用いると、高精細な表示を行うこともできる。カラーフィルタにより、各ＲＧＢの発光スペクトルにおいてブロードなピークが鋭くなるように補正できるからである。

以上、各ＲＧＢの発光を示す材料を形成する場合を説明したが、単色の発光を示す材料を形成し、カラーフィルタや色変換層を組み合わせることによりフルカラー表示を行うことができる。カラーフィルタや色変換層は、例えば第２の基板（封止基板）に形成した後、発光素子が形成された基板と貼り合わせればよい。カラーフィルタは、蒸着法や液滴吐出法によって形成することができる。カラーフィルタを用いると、各ＲＧＢの発光スペクトルにおいてブロードなピークを鋭くなるように補正できるため、高精細な表示を行うことができる。

また、発光層は、一重項励起発光材料の他、金属錯体などを含む三重項励起発光材料を用いても良い。例えば、赤色の発光性の画素、緑色の発光性の画素及び青色の発光性の画素のうち、輝度半減時間が比較的短い赤色の発光性の画素を三重項励起発光材料で形成し、他を一重項励起発光材料で形成する。三重項励起発光材料は発光効率が良いので、同じ輝度を得るのに消費電力が少なくて済むという特徴がある。すなわち、赤色画素に適用した場合、発光素子に流す電流量が少なくて済むので、信頼性を向上させることができる。低消費電力化として、赤色の発光性の画素と緑色の発光性の画素とを三重項励起発光材料で形成し、青色の発光性の画素を一重項励起発光材料で形成しても良い。人間の視感度が高い緑色の発光素子も三重項励起発光材料で形成することで、より低消費電力化を図ることができる。

以上に掲げる発光層を形成する物質は一例であり、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、発光層、電子ブロック層、正孔ブロック層などの機能性の各層を適宜積層することで発光層を形成することができる。また、これらの各層を合わせた混合層又は混合接合を形成しても良い。発光層の層構造は変化しうるものであり、特定の電子注入領域や発光領域を備えていない代わりに、もっぱらこの目的用の電極を備えたり、発光性の材料を分散させて備えたりする変形は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において許容されうるものである。

上記の発光素子は、順方向にバイアスすることで発光する。発光素子を用いて形成する表示装置の画素は、単純マトリクス方式、若しくはアクティブマトリクス方式で駆動することができる。いずれにしても、個々の画素は、ある特定のタイミングで順方向バイアスを印加して発光させることとなるが、ある一定期間は非発光状態となっている。この非発光時間に逆方向のバイアスを印加することで発光素子の信頼性を向上させることができる。発光素子では、一定駆動条件下で発光強度が低下する劣化や、画素内で非発光領域が拡大して見かけ上輝度が低下する劣化モードがあるが、順方向及び逆方向にバイアスを印加する交流的な駆動を行うことで、劣化の進行を遅くすることができ、発光装置の信頼性を向上させることができる。また、デジタル駆動、アナログ駆動どちらでも適用可能である。

また、上記構成において、陰極としては、仕事関数が小さい材料を用いることが可能であり、例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。電界発光層は、単層型、積層型、また層の界面がない混合型のいずれでもよい。例えば、電界発光層として、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層（ホールブロッキング層）、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて積層させた構成とすればよい。また、電界発光層を形成する材料としては、有機化合物のみからなるものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成であってもよく、これらの材料は低分子系化合物、中分子系化合物（オリゴマー、デンドリマーを含む）、高分子系化合物のいずれでもよい。また、電界発光層を形成する方法としては、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。第１の電極は光を透過する透明導電膜を用いて形成し、例えばＩＴＯ、ＩＴＳＯの他、酸化インジウムに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いて形成する。

本発明を用いると、電気的特性の高い半導体装置が用いられたＥＬ表示装置を作製することができる。よって、高精細、高画質な表示装置を低いコストで歩留まり良く製造することができる。

本実施例は、実施の形態及び実施例１乃至６と適宜組み合わせて用いることが可能である。

本実施例では、本発明の半導体装置の一形態に相当する液晶表示装置パネルの外観について、図１３を用いて説明する。図１３（Ａ）は、第１の基板１６００と、第２の基板１６０４との間を第１のシール材１６０５及び第２のシール材１６０６によって封止されたパネルの上面図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＡ−Ａ’、及びＢ−Ｂ’それぞれにおける断面図に相当する。

図１３（Ａ）において、点線で示された１６０１は信号線（ソース線）駆動回路、１６０２は画素部、１６０３は走査線（ゲート線）駆動回路である。本実施例において、画素部１６０２、及び走査線駆動回路１６０３は第１のシール材１６０５及び第２のシール材１６０６で封止されている領域内にある。また、信号線（ソース線）駆動回路１６０１はチップ状であり、第１の基板１６００上に設けられている。信号線駆動回路１６０１、画素部１６０２、及び走査線駆動回路１６０３は、ＴＦＴを代表とする半導体素子をそれぞれ複数有している。

次に、断面構造について図１３（Ｂ）を用いて説明する。第１の基板１６００上には信号線駆動回路１６０１、画素部１６０２、及び走査線駆動回路１６０３が形成されている。また、第２の基板１６０４の表面には、図示していないがカラーフィルターが設けられている。本断面図では、走査線駆動回路１６０３と画素部１６０２が示されている。なお、走査線駆動回路１６０３はｎチャネル型ＴＦＴ１６１２とｐチャネル型ＴＦＴ１６１３とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成されていてもよいし、ｎチャネル型またはｐチャネル型の一方のみのＴＦＴによって形成されていてもよい。

本実施例においては、同一基板上に走査線駆動回路、及び画素部のＴＦＴが形成されている。このため、表示装置の容積を縮小することができる。

画素部１６０１には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子１６１５が形成されている。液晶素子１６１５は、第１の電極１６１６、第２の電極１６１８及びその間に充填されている液晶材料１６１９が重なっている部分である。液晶素子１６１５が有する第１の電極１６１６は、配線１６１７を介してＴＦＴ１６１１と電気的に接続されている。ここでは、配線１６１７を形成した後、第１の電極１６１６を形成しているが、実施例１に示すように第１の電極１６１６を形成した後、配線１６１７を形成してもよい。液晶素子１６１５の第２の電極１６１８は、第２の基板１６０４側に形成される。また、各画素電極表面には図示していないが配向膜が形成されている。

１６２２は柱状のスペーサであり、第１の電極１６１６と第２の電極１６１８との間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられている。絶縁膜を所望の形状にエッチングして形成されている。なお、球状スペーサを用いていても良い。信号線駆動回路１６０１または画素部１６０２に与えられる各種信号及び電位は、接続配線１６２３を介して、ＦＰＣ１６０９から供給されている。なお、接続配線１６２３とＦＰＣ１６０９とは、異方性導電膜又は異方性導電樹脂１６２７で電気的に接続されている。なお、異方性導電膜又は異方性導電樹脂１６２７の代わりに半田等の導電性ペーストを用いてもよい。

第２の基板１６０４表面には、接着剤１６２４によって偏光板１６２５が固定されている。なお、偏光板１６２５には位相差板を設けた円偏光板又は楕円偏光板を用いてもよい。さらに、偏光板１６２５表面には、１／２λ又は１／４λの位相差板１６２９及び反射防止膜１６２６が設けられている。また、第１の基板１６００表面にも同様に、接着剤により偏光板が設けられている。

本実施例では、本発明の半導体装置の一形態に相当するＥＬ表示パネルの外観について、図１４を用いて説明する。図１４（Ａ）は、第１の基板１４００と、第２の基板１４０４との間を第１のシール材１４０５及び第２のシール材１４０６によって封止されたパネルの上面図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図に相当する。

図１４（Ａ）において、点線で示された１４０２は画素部、１４０３は走査線（ゲート線）駆動回路である。本実施例において、画素部１４０２、及び走査線駆動回路１４０３は、第１のシール材１４０５及び第２のシール材１４０６で封止されている領域内にある。また、１４０１は信号線（ソース線）駆動回路であり、チップ状の信号線駆動回路１４０１が第１基板１４００上に設けられている。第１のシール材１４０５としては、フィラーを含む粘性の高いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第２のシール材１４０６としては、粘性の低いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第１のシール材１４０５及び第２のシール材１４０６は、できるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。信号線駆動回路１４０１、画素部１４０２及び走査線駆動回路１４０３は、ＴＦＴを代表とする半導体素子をそれぞれ複数有している。

また、画素部１４０２とシール材１４０５との間に、乾燥剤を設けてもよい。さらには、画素部１４０２において、走査線又は信号線上に乾燥剤を設けてもよい。乾燥剤としては、酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化バリウム（ＢａＯ）等のようなアルカリ土類金属の酸化物のような化学吸着によって水（Ｈ₂Ｏ）を吸着する物質を用いるのが好ましい。但し、これらの物質に限定されず、ゼオライトやシリカゲル等の物理吸着によって水を吸着する物質を用いても構わない。

また、透湿性の高い樹脂に乾燥剤の粒状の物質を含ませた状態で第２の基板１４０４に固定することができる。また、透湿性の高い樹脂の代わりに、シロキサン、ポリイミド、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いてもよい。

また、走査線と重畳する領域に乾燥剤を設けてもよい。更には、透湿性の高い樹脂に乾燥剤の粒状の物質を含ませた状態で第２の基板に固定してもよい。これらの乾燥剤を設けることにより、開口率を低下せずに表示素子への水分の侵入及びそれに起因する劣化を抑制することができる。このため、画素部１４０２の周辺部と中央部における発光素子の劣化のバラツキを抑えることが可能である。

なお、１４１０は、信号線駆動回路１４０１及び走査線駆動回路１４０３に入力される信号を伝送するための接続領域であり、外部入力端子となるフレキシブルプリント配線１４０９（ＦＰＣ）から接続配線１４０８を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。

次に、断面構造について図１４（Ｂ）を用いて説明する。第１の基板１４００上には信号線駆動回路１４０１、画素部１４０２及び走査線駆動回路１４０３が形成されている。本断面図では、信号線駆動回路１４０１と画素部１４０２が示されている。なお、信号線駆動回路１４０１はｎチャネル型ＴＦＴ１４２１とｐチャネル型ＴＦＴ１４２２とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。

本実施例においては、同一基板上に走査線駆動回路、及び画素部のＴＦＴが形成されている。このため、発光表示装置の容積を縮小することができる。

また、画素部１４０２はスイッチング用ＴＦＴ１４１１と、駆動用ＴＦＴ１４１２とそのドレイン（またはソース）に電気的に接続された透光性を有する導電膜からなる第１の画素電極（陽極）１４１３を含む複数の画素により形成される。なお、スイッチング用ＴＦＴ１４１１は、画素に信号を入力するか否かを選択するために設けられたＴＦＴであり、駆動用ＴＦＴ１４１２は、発光素子を駆動するために設けられたＴＦＴである。

また、第１の画素電極（陽極）１４１３の両端には絶縁物（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）１４１４が形成される。絶縁物１４１４に形成する膜の被覆率（カバレッジ）を良好なものとするため、絶縁物１４１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。また、絶縁物１４１４表面を、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜で覆ってもよい。更には、絶縁物１４１４として、黒色顔料、色素などの可視光を吸収する材料を溶解又は分散させてなる有機材料を用いることで、後に形成される発光素子からの迷光を吸収することができる。この結果、各画素のコントラストが向上する。

また、第１の画素電極（陽極）１４１３上には、有機化合物材料の蒸着を行い、電界発光層１４１５を選択的に形成する。さらには、電界発光層１４１５上に第２の画素電極（陰極）１４１６を形成する。

こうして、第１の画素電極（陽極）１４１３、電界発光層１４１５、及び第２の画素電極（陰極）１４１６からなる発光素子１４１７が形成される。本実施例では、発光素子１４１７からの発光は、第１の基板１４００側に出射させている。しかし、この構成に限定されず、第２の基板１４０４側に出射させるようにしてもよいし、第１の基板１４００及び第２の基板１４０４の両側から出射させるようにしてもよい。

また、発光素子１４１７を封止するために保護積層１４１８を形成する。保護積層１４１８は、第１の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第２の無機絶縁膜との積層からなっている。次に、保護積層１４１８と第２の基板１４０４とを、第１のシール材１４０５及び第２のシール材１４０６で接着する。なお、第２のシール材を、シール材を滴下する装置を用いて滴下することが好ましい。シール材をディスペンサから滴下、又は吐出させてシール材をアクティブマトリクス基板上に塗布した後、真空中で、第２の基板とアクティブマトリクス基板とを貼り合わせ、紫外線硬化を行って封止することができる。

なお、第２の基板１４０４表面には、外光が基板表面で反射するのを防止するための反射防止膜１４２６を設ける。また、第２の基板１４０４と反射防止膜１４２６との間に、偏光板１４２５、及び位相差板１４２９のいずれか一方又は両方を設けてもよい。位相差板、偏光板を設けることにより、外光が画素電極で反射することを防止することが可能である。なお、第１の画素電極１４１３及び第２の画素電極１４１６を、透光性を有する導電膜又は半透光性を有する導電膜で形成し、可視光を吸収する材料、又は可視光を吸収する材料を溶解又は分散させてなる有機材料を用いて絶縁物１４１４を形成すると、各画素電極で外光が反射しないため、位相差板及び偏光板を用いなくてもよい。

接続配線１４０８とフレキシブルプリント配線１４０９とは、異方性導電膜又は異方性導電樹脂１４２７により電気的に接続されている。さらに、各配線層と接続端子との接続部を封止樹脂により封止することが好ましい。この構造により、断面部からの水分が発光素子に侵入し、劣化することを防ぐことができる。

なお、第２の基板１４０４と、保護積層１４１８との間には、第２のシール材１４０６の代わりに、不活性ガス、例えば窒素ガスを充填した空間を有してもよい。水分や酸素の侵入の防止を高めることができる。

また、第２の基板と偏光板１４２５との間に着色層を設けることができる。この場合、画素部に白色発光が可能な発光素子を設け、ＲＧＢを示す着色層を別途設けることでフルカラー表示することができる。また、画素部に青色発光が可能な発光素子を設け、色変換層などを別途設けることによってフルカラー表示することができる。さらには、画素部に、赤色、緑色、青色の発光を示す発光素子を形成し、且つ着色層を用いることもできる。このような表示モジュールは、各ＲＧＢの色純度が高く、高精細な表示が可能となる。

また、第１の基板１４００又は第２の基板１４０４の一方、若しくは両方にフィルム又は樹脂等の基板を用いて発光表示モジュールを形成してもよい。このように対向基板を用いず封止すると、表示装置の軽量化、小型化、薄膜化を向上させることができる。

更には、外部入力端子となるフレキシブルプリント配線１４０９（ＦＰＣ）表面又は端部に、コントローラ、メモリ、画素駆動回路のようなＩＣチップを設け発光表示モジュールを形成してもよい。

本発明により作製した半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話機、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌｖｅｒｓａｔｉｌｅｄｉｓｃ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）、その他表示部を有する電化製品などが挙げられる。また、本発明のレーザー照射方法によって形成する結晶性半導体膜を用いれば、ＣＰＵやメモリーに代表される、極めて高い特性が要求される集積回路を作製することができる。電子機器の具体例を図１５に示す。

図１５（Ａ）はテレビ受像機であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部２００３などに用いることによって、テレビ受像機を作製することができる。

図１５（Ｂ）はデジタルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部２１０２やその他回路などに用いることによって、デジタルカメラを作製することができる。

図１５（Ｃ）はコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部２２０３やその他回路などに用いることによって、コンピュータを作製することができる。

図１５（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部２３０２やその他回路などに用いることによって、モバイルコンピュータを作製することができる。

図１５（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（ＤＶＤ再生装置など）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部Ａ２４０３や表示部Ｂ２４０４またはその他の回路などに用いることによって、画像再生装置を作製することができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。

図１５（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部２５０２やその他回路などに用いることによって、ゴーグル型ディスプレイを作製することができる。

図１５（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部２６０２やその他回路などに用いることによって、ビデオカメラを作製することができる。

図１５（Ｈ）は携帯電話機であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。実施例に示したように、レーザー光を照射して得られた電気的特性の高い半導体装置を表示部２７０３やその他回路などに用いることによって、携帯電話機を作製することができる。

なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能である。

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や集積回路に用いることが可能である。

本発明を実施するための最良の形態を示す図。本発明の実施例１を示す図。反射膜の反射率を示す図。本発明の実施例１を示す図。本発明の実施例１を示す図。本発明の実施例２を示す図。本発明の実施例３を示す図。本発明の実施例５を示す図。本発明の実施例６を示す図。本発明の実施例６を示す図。本発明の実施例４を示す図。本発明の実施例４を示す図。本発明の実施例８を示す図。本発明の実施例９を示す図。本発明の実施例１０を示す図。反射膜の構成の例を示す図。

符号の説明

１０１絶縁基板
１０２下地膜
１０３非晶質半導体膜
１０４反射膜
１０５結晶性半導体膜
１１０半導体膜が反射膜で覆われている領域
１１１半導体膜が露出された領域

Claims

絶縁基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜に第１のレーザー光を照射して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜上に接して、絶縁膜でなる反射膜を形成し、
前記反射膜をパターニングして前記結晶性半導体膜の一部を露出させ、
前記パターニングされた反射膜をマスクとして第２のレーザー光を照射することにより、前記露出された結晶性半導体膜の結晶性を向上させ、
前記反射膜は、第１の酸化窒化珪素膜と、前記第１の酸化窒化珪素膜上に接して形成された第１の窒化酸化珪素膜と、前記第１の窒化酸化珪素膜上に接して形成された第２の酸化窒化珪素膜と、前記第２の酸化窒化珪素膜上に接して形成された第２の窒化酸化珪素膜と、からなり、
前記結晶性が向上された結晶性半導体膜を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１において、前記反射膜のパターニングを、ドライエッチングによって行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１または請求項２において、前記第２のレーザー光を照射した後、前記パターニングされた反射膜をウエットエッチングによって除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。