(57)【要約】  本発明の薄膜トランジスタアレイの製造方法は、複数のゲート電極（１２）上にゲート絶縁層（１３）を形成する第３工程と、ゲート絶縁層（１３）上に非晶質シリコン層（１４）を形成する第４工程と、非晶質シリコン層（１４）を結晶化させて結晶質シリコン層（１５）を生成する第５工程と、ソース電極およびドレイン電極（１８）を形成する第６工程とを含み、第３工程において、複数のゲート電極（１２）上のゲート絶縁層（１３）の膜厚を、ゲート電極（１２）上の非晶質シリコン層（１４）のレーザー光に対する光吸収率とゲート絶縁層（１３）の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、第４工程において、複数のゲート電極（１２）上の非晶質シリコン層（１４）の膜厚を、非晶質シリコン層（１４）の膜厚変化に対する光吸収率の変動が第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する。
2013030865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上に複数のゲート電極を形成する第２工程と、
前記複数のゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第３工程と、
前記ゲート絶縁層上に非晶質性シリコン層を形成する第４工程と、
レーザーから照射されるレーザー光を用いて前記非晶質性シリコン層を結晶化させて結晶性シリコン層を生成する第５工程と、
前記複数のゲート電極の各々に前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、
前記第３工程において、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚を、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記ゲート絶縁層の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、
前記第４工程において、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する、
薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項２】
前記レーザーは、固体レーザー装置で構成される、
請求項１に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項３】
前記レーザーは、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成される、
請求項１に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項４】
前記第５工程において、前記レーザー光の前記非晶質性シリコン層上における照射エネルギー密度の変動は、５％程度未満である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項５】
前記レーザーの波長範囲は、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項６】
前記第４工程において、
前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲として、前記レーザー光の波長λで規格化された前記ゲート絶縁層の光学膜厚によって規格化された非晶質シリコン層のレーザー光波長λの吸収率を、前記レーザー光の波長λで規格化された、前記非晶質シリコン層の光学膜厚で微分したときの微分係数が−５以上、＋５以下となる膜厚範囲で形成する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項７】
前記第４工程において、前記非晶質性シリコン層は、
前記複数のゲート電極上の前記非晶質シリコン層の平均膜厚が、下記の式１）で表される範囲に含まれるように、形成されている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式１）０．４２６≦ｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λＳｉ≦０．６４１、ここで、ｄａ−Ｓｉは前記非晶質シリコン層の平均膜厚を表し、λＳｉは前記レーザー光波長を表し、ｎａ−Ｓｉは前記非晶質シリコン層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【請求項８】
前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、前記レーザー光の波長に対する前記ゲート絶縁層の消衰係数が０．０１以下で形成されている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項９】
前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項１０】
前記ゲート絶縁層は、窒化珪素膜である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜から構成される、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項１２】
前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式２）で表される範囲または下記の式３）で表される範囲に含まれるように形成される、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式２）０．４４≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦０．７４、
式３）０．９６≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦１．２０、
ここで、ｄＧＩは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＧＩは前記ゲート絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【請求項１３】
前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式４）で表される範囲または下記の式５）で表される範囲に含まれるように形成される、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式４）０．４７≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦０．６２、
式５）１．０４≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦１．１３、
ここで、ｄＧＩは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＧＩは前記絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【請求項１４】
前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式６）および式７）で表される領域、または式８）および式９）で表される領域に含まれるように形成される、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式６）Ｙ≧−１０７０Ｘ６＋１４００Ｘ５−６８８Ｘ４＋１５３Ｘ３−１２．９０Ｘ２−１．０２Ｘ＋０．４３９、
式７）Ｙ≦４９．９Ｘ６−１３１Ｘ５＋１２７Ｘ４−５６．８Ｘ３＋１１．８Ｘ２−２．０１Ｘ＋０．７３６、
式８）Ｙ≧−７．３４Ｘ６＋８．４８Ｘ５＋８．６５Ｘ４−１６．０Ｘ３＋７．２４Ｘ２−２．０４Ｘ＋０．９６１、
式９）Ｙ≦−３．７５Ｘ６＋１１．８Ｘ５−１３．１Ｘ４＋６．０９Ｘ３−１．１２Ｘ２−０．８７Ｘ＋１．２０、
ここで、Ｘ＝ｄＳｉＯ×ｎＳｉＯ／λ、かつ、Ｙ＝ｄＳｉＮ×ｎＳｉＮ／λであり、ｄＳｉＯは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、ｄＳｉＮは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＳｉＯは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、ｎＳｉＮは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【請求項１５】
前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式１０）および式１１）で表される領域、または、式１２）および式１３）で表される領域に含まれるように形成される、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式１０）Ｙ≧−１３２．６Ｘ６＋１８１Ｘ５−９３．８Ｘ４＋２１．３Ｘ３−１．３３Ｘ２−１．０４Ｘ＋０．４７３、
式１１）Ｙ≦２３．７Ｘ６−４．５６Ｘ５−３５．４Ｘ４＋２７．２Ｘ３−５．７５Ｘ２−０．９７３Ｘ＋０．６１９、
式１２）Ｙ≧７．４６Ｘ６−３２．４Ｘ５＋５０．８Ｘ４−３５．７Ｘ３＋１１．０Ｘ２−２．２０Ｘ＋１．０４、
式１３）Ｙ≦−５．３４Ｘ６＋１６．７Ｘ５−１８．７Ｘ４＋９．１８Ｘ３−１．９６Ｘ２−０．８２１Ｘ＋１．１３、
ここで、Ｘ＝ｄＳｉＯ×ｎＳｉＯ／λ、かつ、Ｙ＝ｄＳｉＮ×ｎＳｉＮ／λであり、ｄＳｉＯは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、ｄＳｉＮは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＳｉＯは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、ｎＳｉＮは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【請求項１６】
前記第２工程は、
前記基板上に透明絶縁膜からなるアンダーコート層を形成する工程と、前記アンダーコート層上に複数のゲート電極を形成する工程とを含む、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１７】
基板と、
前記基板上に形成された複数のゲート電極と、
前記複数のゲート電極上に共通に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、
前記複数のゲート電極の各々の前記結晶性シリコン層上の領域に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記結晶性シリコン層は、前記ゲート絶縁層上に形成された非晶質性シリコン層を、レーザーから照射されるレーザー光を用いて結晶化させて形成され、
前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚は、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成され、
前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚は、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成されている、
薄膜トランジスタアレイ。
【請求項１８】
前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層の平均結晶粒径は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、負の相関を有している、
請求項１７に記載の薄膜トランジスタアレイ。
【請求項１９】
前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層における５２０ｃｍ−１付近のラマン散乱スペクトルピークの半値幅は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、正の相関を有している、
請求項１７に記載の薄膜トランジスタアレイ。
【請求項２０】
液晶パネルまたはＥＬパネルを含む表示装置であって、
請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイを備え、
前記薄膜トランジスタアレイは、前記液晶パネルまたはＥＬパネルを駆動させる、
表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイおよび表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶パネルまたは有機ＥＬパネルに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）アレイがある。薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタのチャネル部は、非晶質シリコンであるａ−Ｓｉまたは結晶質で多結晶シリコンであるＰｏｌｙ−Ｓｉで形成されている。薄膜トランジスタのチャネル部の結晶質シリコン層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）は、一般的に、非晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ層）を形成後、その非晶質シリコン層に例えばエキシマ等のレーザー光を照射して瞬間的に温度を上昇させて結晶化することにより、形成される。【０００３】
また、薄膜トランジスタの構造としては、ゲートメタルがチャネル部のｘ−Ｓｉ（ｘは、ａまたはＰｏｌｙ）からみて基板側に配置されているボトムゲート構造と、ゲートメタルおよびソース・ドレインメタルがチャネル部のｘ−Ｓｉからみて基板と反対方向に配置されているトップゲート構造とが存在する。ボトムゲート構造は、非晶質シリコン層で形成されたチャネル部を有するａ−Ｓｉ  ＴＦＴで主に用いられており、トップゲート構造は、結晶質シリコン層で形成されたチャネル部を有するＰｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴで主に用いられている。なお、大面積の表示装置に用いられる液晶パネルまたは有機ＥＬパネルを構成する薄膜トランジスタの構造としては、ボトムゲート構造が一般的である。【０００４】
さらに、ボトムゲート構造でＰｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴが用いられる場合も存在し、その場合には、作製コストが抑えられるといった長所を持っている。このようなボトムゲート構造のＰｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴでは、非晶質シリコン層にレーザーが照射され結晶化されることで結晶質シリコン層が形成される。この手法（レーザーアニール結晶化法）では、レーザー光照射に基づく熱で非晶質シリコン層を結晶化させる。【０００５】
また、例えば有機ＥＬパネルに用いられる薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタには、特に均一な特性が求められる。この要求に応えるために、基板全面に均一な結晶性を有する結晶質シリコン層を形成する技術が開発されてきた。しかし、開発された形成技術を用いて、レーザーアニール結晶化法によりボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造を行う場合には不都合（問題）が生じてしまう。以下、その理由を説明する。【０００６】
ボトムゲート構造の薄膜トランジスタを製造する場合、非晶質シリコン層をレーザーアニールにより結晶化する際、一般的にゲート電極が存在する領域（「第一領域」とする）の非晶質シリコン層とゲート電極が存在しない領域（「第二領域」とする）の非晶質シリコン層とで、レーザーアニールに使用されるレーザー光に対する光吸収率が異なる。これは、ゲート電極の有無により、非晶質シリコン層とゲート絶縁層とにより構成される多層薄膜でのレーザー光の多重干渉の効果が変化するためである。【０００７】
そして、上記２つの領域での非晶質シリコン層の光吸収率に差が生じると、レーザー照射直後において上記２つの領域の非晶質シリコン層で発熱温度差が生じ、温度分布が不均一になる。レーザーアニール結晶化により得られる結晶質シリコン層の結晶性は、レーザー照射による非晶質シリコン層の発熱温度に強く依存している。そのため、上記２つの領域の非晶質シリコン層で発熱温度が不均一になり、得られる結晶質シリコン層の結晶性が不均一になるという問題が生じていた。【０００８】
例えば特許文献１に、この問題を解決するための技術が開示されている。特許文献１では、ゲート絶縁層および非晶質シリコン層の膜厚を調節し、第一領域の非晶質シリコン層の光吸収率と第二領域の非晶質シリコン層の光吸収率が等しくなるような膜厚構成にする技術が開示されている。それにより、レーザー照射直後における、両領域間での非晶質シリコン層の発熱温度の不均一性を極力低減させ、基板全面に均一な結晶性を有する結晶質シリコン薄膜を形成する。【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、以下の場合、基板全面に均一な結晶性を有する結晶質シリコン薄膜を形成することができないという問題がある。以下、その理由について説明する。【００１０】
一般的に、表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイの製造工程において、非晶質シリコン層やゲート絶縁層は、プラズマ援用化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などのプロセスで形成される。このようなプロセスにより形成された薄膜は、基板面内で、成膜条件にも依存するものの、ある程度の膜厚のバラツキを有する。【００１１】
この場合、すなわち基板面内に非晶質シリコン層やゲート絶縁層に膜厚のバラツキが生じた場合、レーザーアニールに使用されるレーザー光の波長にも依存するが、その膜厚バラツキ量（狙い膜厚からの膜厚のズレ量）に対応して、光吸収率のバラツキが生じるのは避けられない。【００１２】
仮に第一領域と第二領域とにおける非晶質シリコン層の光吸収率が等しくなるような膜厚を狙って非晶質シリコン層とゲート絶縁層とを形成したとしても、基板面内に膜厚のバラツキが生じる。それにより、基板全面において第一領域と第二領域における非晶質シリコン層の光吸収率を等しくすることができない。【００１３】
つまり、非晶質シリコン層やゲート絶縁層の形成をプラズマ援用化学気相堆積法などのプロセスで行った場合、レーザーアニールの工程において、基板全面において、第一領域と第二領域との非晶質シリコン層の発熱温度の均一化を実現することができず、得られる結晶質シリコン層の結晶性も基板面内で不均一となってしまうという問題がある。【００１４】
そこで、このような理由から、少なくとも、薄膜トランジスタのチャネルが形成される領域（第一領域）にのみ注目し、そこに形成される結晶質シリコン層の結晶性が基板全面で均一にするための技術が開示されている（例えば、特許文献２）。【００１５】
特許文献２では、第一領域上に形成される結晶質シリコン層の結晶性を基板全体で均一になるように、非晶質シリコン層、およびゲート絶縁層の膜厚変動に対して、第一領域上の非晶質シリコン層の光吸収率の変動を最小にする膜厚条件を採用する。このような膜厚条件を採用することにより、第一領域上の非晶質シリコン層のレーザーアニールにおける発熱、そして、得られる結晶質シリコン層の結晶性に対する、非晶質シリコン層の膜厚バラツキ、およびゲート絶縁層の膜厚バラツキの影響を最小にすることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−２２０９１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−０６６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献２に開示される技術を用いても、次に述べるような課題がある。すなわち、基板全面にわたって、第一領域上に形成される結晶質シリコン層の結晶性の均一化が達成できたとしても、それをチャネルとする薄膜トランジスタの特性、とくにオン特性の均一化を実現することはできない。【００１８】
なぜなら、薄膜トランジスタのオン特性は、薄膜トランジスタのチャネルとなる結晶質シリコン層の結晶性だけでなく、ゲート絶縁層のゲート容量にも依存するからである。つまり、基板面内のゲート絶縁層の膜厚の変動が、ゲート絶縁層のゲート容量のバラツキを生じさせるため、チャネルとなる結晶質シリコン層の結晶性が各々の薄膜トランジスタにおいて均一であっても、ゲート容量が変動すると、各々の薄膜トランジスタのオン特性がバラツいてしまう。【００１９】
図１は、薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのオン電流の基板面内分布の例を示す図である。ここで、図１に示す薄膜トランジスタアレイは、レーザーアニール結晶化法により形成した結晶質シリコン層を利用したボトムゲートＴＦＴにより構成され、その薄膜トランジスタアレイの基板面（図中）は、２２４個×２２４個の薄膜トランジスタで構成されている。図１では、薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのオン電流の大小を濃淡で表すことにより、オン電流の基板面内分布を可視化している。また、オン電流の単位は、規格化して任意単位で示してある。【００２０】
図１により、薄膜トランジスタのオン電流が基板面内で不均一であり、特性のムラを有していることがわかる。このオン特性のムラは、前述したように、薄膜トランジスタアレイの基板面内で、ゲート絶縁層の膜厚が位置により異なり、それに応じてゲート電極上のゲート絶縁層容量が変化することに起因している。【００２１】
図１では、薄膜トランジスタアレイの基板面内の中央部のゲート絶縁層の膜厚が周辺部に比べて厚くなっているため、ゲート絶縁層の容量が低下している。そのため、その中央部の領域において、オン特性が低下している。つまり、図１では、オン特性が低下している中央部の領域がムラとなって表れている。【００２２】
また、薄膜トランジスタのチャネル構成層の膜厚変動は、パネル作製に用いる基板の大型化に伴って、ますます制御が困難になる。そのため、表示装置の大型化に伴い、表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのゲート絶縁容量のバラツキは大きくなってしまう。仮に基板全面にわたって結晶性の均一な結晶質シリコン層が形成できたとしても、ゲート容量の変動に起因する薄膜トランジスタのオン特性のバラツキが、表示装置の大型化に伴いより顕著になってしまう。つまり、より大面積な表示装置の作製をする場合には、薄膜トランジスタのオン特性のバラツキによる画質のムラが一層深刻な課題となる。【００２３】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、均一なオン特性を有する薄膜トランジスタで構成することができる薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上に複数のゲート電極を形成する第２工程と、前記複数のゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第３工程と、前記ゲート絶縁層上に非晶質性シリコン層を形成する第４工程と、レーザーから照射されるレーザー光を用いて前記非晶質性シリコン層を結晶化させて結晶性シリコン層を生成する第５工程と、前記複数のゲート電極の各々に前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、前記第３工程において、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚を、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記ゲート絶縁層の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、前記第４工程において、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、均一なオン特性を有する薄膜トランジスタで構成することができる薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。【００２６】
具体的には、基板上のアレイを構成する各々の薄膜トランジスタに対応するゲート電極領域上の非晶質シリコン層および、ゲート絶縁層を、それぞれの膜厚が所定の条件を満足するように形成することにより、可視光領域の波長のレーザーを用いて、第一領域上のゲート絶縁層のゲート容量の増減に対応して、そのゲート容量の増減の影響を相殺させるように結晶性が変動した結晶質シリコン層を形成し、基板全面に形成された薄膜トランジスタアレイの各々の薄膜トランジスタのオン特性が均一である薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのオン電流の基板面内分布の例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイの単位セルの等価回路を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｉ】図５Ｉは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５Ｊ】図５Ｊは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図６は、図４のＳ１４におけるレーザーアニールを模式的に示した図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイの単位繰り返しセルの等価回路の断面の一例を示す図である。
【図８】図８は、振幅透過率および振幅透過率の計算方法を説明するための図である。
【図９】図９は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、非晶質シリコン層の膜厚に好適な膜厚範囲があることを説明するための図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、ゲート絶縁層を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、ゲート絶縁層を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。
【図１１】図１１は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、ゲート絶縁層を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲の具体例を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、ゲート絶縁層が条件１で構成された場合に、バラツいたゲート絶縁層の膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層の吸収率との関係を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、ゲート絶縁層が条件２で構成された場合に、バラツいたゲート絶縁層の膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層の吸収率との関係を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、ゲート絶縁層が条件３で構成された場合に、バラツいたゲート絶縁層の膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層の吸収率との関係を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、ゲート絶縁層が条件１で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と非結晶質シリコン層の結晶性との関係を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、ゲート絶縁層が条件２で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と非結晶質シリコン層の結晶性との関係を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、ゲート絶縁層が条件３で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と非結晶質シリコン層の結晶性との関係を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、ゲート絶縁層が条件１で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層をチャネルとした薄膜トランジスタのオン電流との関係を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ゲート絶縁層が条件２で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層をチャネルとした薄膜トランジスタのオン電流との関係を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、ゲート絶縁層が条件３で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層をチャネルとした薄膜トランジスタのオン電流との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の薄膜トランジスタアレイを備えた表示装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
第１の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上に複数のゲート電極を形成する第２工程と、前記複数のゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第３工程と、前記ゲート絶縁層上に非晶質性シリコン層を形成する第４工程と、レーザーから照射されるレーザー光を用いて前記非晶質性シリコン層を結晶化させて結晶性シリコン層を生成する第５工程と、前記複数のゲート電極の各々に前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、前記第３工程において、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚を、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記ゲート絶縁層の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、前記第４工程において、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する。
【００２９】
ここで、等価酸化膜厚とは、ゲート絶縁層の物理的な厚さを、ＳｉＯ２膜と等価な電気的膜厚に換算した値である。
【００３０】
本態様によれば、薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタのゲート電極上の領域に対応する、非晶質シリコン層のレーザーアニールに用いられるレーザー光に対する光吸収率と、同様に各々のゲート電極上の領域に対応するゲート絶縁層容量との相関が、非晶質シリコン層の膜厚がある狙いの膜厚に対して変動しても、負の関係をとるようになる。この関係により、薄膜トランジスタアレイを構成するゲート絶縁層の膜厚が狙いの膜厚に対して変動しても、基板面内における各々のゲート電極上に対応するゲート絶縁層容量の分布に対応して、具体的にはゲート絶縁層容量の増加に伴いレーザーアニール結晶化によってゲート電極上に形成される結晶質シリコン層の結晶性が低下するような分布を有する結晶質シリコン層を形成することが可能となる。また、この基板面内において、ゲート絶縁層容量とある一定の関係を有するように結晶性の分布を変化させた結晶質シリコン層を用いて薄膜トランジスタアレイを形成する。それにより、各々の薄膜トランジスタの、ゲート絶縁層膜厚の変動に起因するゲート絶縁層容量のバラツキによって引き起こされる薄膜トランジスタのオン特性のバラツキが、結晶性が制御された薄膜トランジスタのチャネル層の結晶質シリコン層によって相殺される効果を奏することが可能となる。
【００３１】
第２の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記レーザーは、固体レーザー装置で構成される。
【００３２】
第３の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記レーザーは、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成される。
【００３３】
第４の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第５工程において、前記レーザー光の前記非晶質性シリコン層上における照射エネルギー密度の変動は、５％程度未満である。
【００３４】
第５の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記レーザーの波長範囲は、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。
【００３５】
第６の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第４工程において、前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲として、前記レーザー光の波長λで規格化された前記ゲート絶縁層の光学膜厚によって規格化された非晶質シリコン層のレーザー光波長λの吸収率を、前記レーザー光の波長λで規格化された、前記非晶質シリコン層の光学膜厚で微分したときの微分係数が−５以上、＋５以下となる膜厚範囲で形成する。
【００３６】
第７の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第４工程において、前記非晶質性シリコン層は、前記複数のゲート電極上の前記非晶質シリコン層の平均膜厚が、下記の式１）で表される範囲に含まれるように、形成されている。
【００３７】
式１）０．４２６≦ｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λＳｉ≦０．６４１、ここで、ｄａ−Ｓｉは前記非晶質シリコン層平均膜厚を表し、λＳｉは前記レーザー光波長を表し、ｎａ−Ｓｉは前記非晶質シリコン層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【００３８】
第８の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、前記レーザー光の波長に対する前記ゲート絶縁層の消衰係数が０．０１以下で形成されている。
【００３９】
第９の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜である。
【００４０】
第１０の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記ゲート絶縁層は、窒化珪素膜である。
【００４１】
第１１の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜から構成される。
【００４２】
第１２の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式２）で表される範囲または下記の式３）で表される範囲に含まれるように形成される。
【００４３】
式２）０．４４≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦０．７４、式３）０．９６≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦１．２０、ここで、ｄＧＩは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＧＩは前記ゲート絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【００４４】
第１３の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式４）で表される範囲または下記の式５）で表される範囲に含まれるように形成される。
【００４５】
式４）０．４７≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦０．６２、式５）１．０４≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦１．１３、ここで、ｄＧＩは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＧＩは前記絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【００４６】
第１４の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式６）および式７）で表される領域、または式８）および式９）で表される領域に含まれるように形成される。
【００４７】
式６）Ｙ≧−１０７０Ｘ６＋１４００Ｘ５−６８８Ｘ４＋１５３Ｘ３−１２．９０Ｘ２−１．０２Ｘ＋０．４３９、式７）Ｙ≦４９．９Ｘ６−１３１Ｘ５＋１２７Ｘ４−５６．８Ｘ３＋１１．８Ｘ２−２．０１Ｘ＋０．７３６、式８）Ｙ≧−７．３４Ｘ６＋８．４８Ｘ５＋８．６５Ｘ４−１６．０Ｘ３＋７．２４Ｘ２−２．０４Ｘ＋０．９６１、式９）Ｙ≦−３．７５Ｘ６＋１１．８Ｘ５−１３．１Ｘ４＋６．０９Ｘ３−１．１２Ｘ２−０．８７Ｘ＋１．２０、ここで、Ｘ＝ｄＳｉＯ×ｎＳｉＯ／λ、かつ、Ｙ＝ｄＳｉＮ×ｎＳｉＮ／λであり、ｄＳｉＯは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、ｄＳｉＮは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＳｉＯは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、ｎＳｉＮは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【００４８】
第１５の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第３工程において、前記ゲート絶縁層は、前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式１０）および式１１）で表される領域、または、式１２）および式１３）で表される領域に含まれるように形成される。
【００４９】
式１０）Ｙ≧−１３２．６Ｘ６＋１８１Ｘ５−９３．８Ｘ４＋２１．３Ｘ３−１．３３Ｘ２−１．０４Ｘ＋０．４７３、式１１）Ｙ≦２３．７Ｘ６−４．５６Ｘ５−３５．４Ｘ４＋２７．２Ｘ３−５．７５Ｘ２−０．９７３Ｘ＋０．６１９、式１２）Ｙ≧７．４６Ｘ６−３２．４Ｘ５＋５０．８Ｘ４−３５．７Ｘ３＋１１．０Ｘ２−２．２０Ｘ＋１．０４、式１３）Ｙ≦−５．３４Ｘ６＋１６．７Ｘ５−１８．７Ｘ４＋９．１８Ｘ３−１．９６Ｘ２−０．８２１Ｘ＋１．１３、ここで、Ｘ＝ｄＳｉＯ×ｎＳｉＯ／λ、かつ、Ｙ＝ｄＳｉＮ×ｎＳｉＮ／λであり、ｄＳｉＯは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、ｄＳｉＮは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、ｎＳｉＯは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、ｎＳｉＮは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
【００５０】
第１６の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法として、前記第２工程は、前記基板上に透明絶縁膜からなるアンダーコート層を形成する工程と、前記アンダーコート層上に複数のゲート電極を形成する工程とを含む。
【００５１】
第１７の態様の薄膜トランジスタアレイは、基板と、前記基板に形成された複数のゲート電極と、前記複数のゲート電極上に共通に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、前記複数のゲート電極の各々の前記結晶性シリコン層上の領域に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、前記結晶性シリコン層は、前記ゲート絶縁層上に形成された非晶質性シリコン層を、レーザーから照射されるレーザー光を用いて結晶化させて形成され、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚は、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成され、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚は、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第１基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成されている。
【００５２】
第１８の態様の薄膜トランジスタアレイでは、前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層の平均結晶粒径は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、負の相関を有している。
【００５３】
第１９の態様の薄膜トランジスタアレイでは、前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層における５２０ｃｍ−１付近のラマン散乱スペクトルピークの半値幅は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、正の相関を有している。
【００５４】
第２０の態様の表示装置は、液晶パネルまたはＥＬパネルを含む表示装置であって、第１７〜１９の態様のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイを備え、前記薄膜トランジスタアレイは、前記液晶パネルまたはＥＬパネルを駆動させる。
【００５５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００５６】
図２は、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタを示す断面図である。
【００５７】
図２に示す薄膜トランジスタ１００は、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、基板１０と、アンダーコート層１１と、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、結晶質シリコン層１５と、非晶質シリコン層１６と、ｎ＋シリコン層１７と、ソース・ドレイン電極１８とを備える。
【００５８】
基板１０は、例えば透明なガラスまたは石英からなる絶縁基板である。
【００５９】
アンダーコート層１１は、基板１０上に形成され、例えば酸化珪素（ＳｉＯｘ）層、窒化珪素（ＳｉＮｘ）層、およびその積層等から構成される。ここで、アンダーコート層１１は、１．５＜ｘ＜２．０の酸化珪素（ＳｉＯｘ）で、３００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の膜厚で構成されるのが好ましい。より好ましいアンダーコート層１１の膜厚範囲は、５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。これは、アンダーコート層１１の厚みを厚くすると基板１０への熱負荷を低減できるが、厚すぎると膜剥がれやクラックが発生しまうことによる。
【００６０】
ゲート電極１２は、アンダーコート層１１上に形成され、典型的にはモリブデン（Ｍｏ）等の金属やＭｏ合金等（例えばＭｏＷ（モリブデン・タングステン合金））の金属からなる。なお、ゲート電極１２は、シリコンの融点温度に耐えられる金属であればよいので、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）およびＭｏを含むこれらの合金からなるとしてもよい。ゲート電極１２の膜厚は、好ましくは３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、より好ましくは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。これは、ゲート電極１２の膜厚が薄いと、ゲート電極１２の透過率が増加してしまい、以下に記すレーザー光の反射が低下しやすくなるからである。また、ゲート電極１２の膜厚が厚いと以下に説明するゲート絶縁層１３のカバレッジが低下してしまい、特にはゲート電極の端部でゲート絶縁膜が段切れすることでゲート電極１２とｎ＋シリコン層１７とが電気的に導通してしまうなど、薄膜トランジスタ１００の特性が劣化しやすくなるからである。
【００６１】
ゲート絶縁層１３は、ゲート電極１２を覆うように形成され、例えば酸化珪素層、または窒化珪素層、または酸化珪素層と窒化珪素層との積層構造からなる。ゲート絶縁層は典型的にはＣＶＤ装置により形成される。ＣＶＤ装置の特性上、基板１０上の各々のゲート電極１２に対応するゲート絶縁層１３の膜厚の基板面内の分布は、狙い膜厚に対して±１５％程度の変動があり得る。ゲート絶縁層１３がどのような構成で形成されているかに係わらず、各々のゲート電極１２上のゲート絶縁層１３の等価酸化膜厚が、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４のレーザー光に対する光吸収率に対して正の相関を有する膜厚範囲内の膜厚で形成されている。ここで、等価酸化膜厚とは、ゲート絶縁層の物理的な厚さを、ＳｉＯ２膜と等価な電気的膜厚に換算した値である。
【００６２】
さらに言い換えると、各々のゲート電極１２上のゲート絶縁層１３のゲート容量が、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４のレーザー光に対する光吸収率に対して負の相関を有する膜厚範囲内の膜厚でゲート絶縁層１３は形成されている。つまり、ゲート絶縁層１３の膜厚の分布（もしくは膜厚分布の中心値）は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層１５を形成する場合に好適な範囲があるということである。この好適な範囲の詳細については後述するが、ゲート絶縁層１３の構造、構成層の種類に応じて一定の関係式で表現される。
【００６３】
結晶質シリコン層１５は、ゲート絶縁層１３上に形成され、多結晶のシリコン層（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層）からなる。なお、この結晶質シリコン層１５は、ゲート絶縁層１３上にａ−Ｓｉからなる非晶質シリコン層１４（不図示）が形成後、その非晶質シリコン層１４をレーザー照射することにより多結晶質化（微結晶化も含む）することにより形成される。
【００６４】
ここで、多結晶とは、５０ｎｍ以上の結晶からなる狭義の意味での多結晶だけでなく、５０ｎｍ以下の結晶からなる狭義の意味での微結晶を含んだ広義の意味としている。以下、多結晶を広義の意味として記載する。
【００６５】
なお、レーザー照射に用いられるレーザー光源は、可視光領域の波長のレーザーである。この可視光領域の波長のレーザーは、約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長のレーザーである。この範囲であることが好ましい理由は、レーザー光の波長が４００ｎｍより小さい紫外光になると、多重干渉の効果が小さくなり、ゲート絶縁層１３の膜厚の変化に対する非晶質シリコン層のレーザー光の吸収率の変化がほとんどなくなり、本発明で期待する効果が得られなくなるからである。一方、レーザー光の波長が６００ｎｍより大きくなると、非晶質シリコン層１４に対するレーザー光の吸収が著しく低下し、レーザー結晶化において結晶化の効率が低下してしまうので、生産的観点から好ましくないからである。
【００６６】
また、この可視光領域の波長のレーザーは、パルス発振、連続発振または擬似連続の発振モードの何れかであればよい。
【００６７】
非晶質シリコン層１４は、非晶質のシリコンすなわちａ−Ｓｉからなり、ゲート絶縁層１３上に形成される。非晶質シリコン層１４は、ゲート電極１２上の非晶質シリコンのレーザー光に対する光吸収率の、非晶質シリコン層１４の膜厚の変動に対する変化が少ない膜厚範囲内の膜厚で形成されている。つまり、非晶質シリコン層１４の膜厚の分布（膜厚分布の中心値）は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層１５を形成する場合に好適な範囲があるということである。この好適な範囲の詳細については後述するが、非晶質シリコン層１４の屈折率、レーザー結晶化に用いられるレーザー光の波長に応じて一定の関係式で表現される。
【００６８】
非晶質シリコン層１６は、結晶質シリコン層１５上に形成されている。このようにして、薄膜トランジスタ１００は、結晶質シリコン層１５に非晶質シリコン層１６が積層された構造のチャネル層を有する。
【００６９】
ｎ＋シリコン層１７は、非晶質シリコン層１６と結晶質シリコン層１５の側面とゲート絶縁層１３とを覆うように形成されている。
【００７０】
ソース・ドレイン電極１８は、ｎ＋シリコン層１７上に形成され、例えばＭｏ、若しくはＭｏ合金などの金属、チタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはＡｌ合金などの金属、銅（Ｃｕ）若しくはＣｕ合金などの金属、または、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）若しくはタングステン（Ｗ）等の金属の材料からなる。
【００７１】
以上のように薄膜トランジスタ１００は、構成されている。
【００７２】
図３は、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイの単位繰り返しセルの等価回路の一例を示す図である。図３に示す等価回路は、スイッチングトランジスタ１と、駆動トランジスタ２と、データ線３と、走査線４と、電流供給線５と、キャパシタンス６と、発光素子７とを備える。
【００７３】
スイッチングトランジスタ１は、データ線３と走査線４とキャパシタンス６とに接続されている。
【００７４】
駆動トランジスタ２は、例えば図２に示す薄膜トランジスタ１００に相当し、電流供給線５とキャパシタンス６と発光素子７とに接続されている。
【００７５】
データ線３は、発光素子７の画素の明暗を決めるデータ（電圧値の大小）が、発光素子７の画素に伝達される配線である。
【００７６】
走査線４は、発光素子７の画素のスイッチ（ＯＮ／ＯＦＦ）を決めるデータが発光素子７の画素に伝達される配線である。
【００７７】
電流供給線５は、駆動トランジスタ２に大きな電流を供給するための配線である。
【００７８】
キャパシタンス６は、電圧値（電荷）を一定時間保持する。
【００７９】
以上のようにして表示装置は構成されている。
【００８０】
次に、上述した薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ１００の製造方法について説明する。
【００８１】
図４は、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。この薄膜トランジスタ１００は、基板上に同時に複数製造されるが、以下では、説明を簡単にするため、１つの薄膜トランジスタを製造する方法として説明する。図５Ａ〜図５Ｊは、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイの製造方法を説明するための図である。図６は、図４のＳ１４におけるレーザーアニールを模式的に示した図である。
【００８２】
まず、基板１０を準備し、基板１０上に、アンダーコート層１１を形成し（Ｓ１０）、続いて、アンダーコート層１１上にゲート電極を形成する（Ｓ１１）。
【００８３】
具体的には、基板１０上にプラズマＣＶＤ法により、アンダーコート層１１を成膜し、続いて、スパッタ法によりゲート電極となる金属膜を堆積し、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより薄膜トランジスタ１００におけるゲート電極１２を形成する（図５Ａ）。ここで、ゲート電極１２は、典型的にはＭｏ等あるいはＭｏ合金等（例えばＭｏＷ（モリブデン・タングステン合金））の金属材料で形成される。
【００８４】
続いて、ゲート電極１２上にゲート絶縁層１３を形成する（Ｓ１２）。そして、ゲート絶縁層１３上に非晶質シリコン層１４を形成する（Ｓ１３）。
【００８５】
具体的には、プラズマＣＶＤ法により、ゲート電極１２の上にすなわちアンダーコート層１１とゲート電極１２とを覆うように、酸化珪素膜または窒化珪素膜、または、酸化珪素膜と窒化珪素膜の積層膜を形成することによりゲート絶縁層１３を成膜し（図５Ｂ）、成膜したゲート絶縁層１３上に非晶質シリコン層１４を連続的に成膜する（図５Ｃ）。
【００８６】
次に、非晶質シリコン層１４をレーザーアニール法により結晶質シリコン層１５にする（Ｓ１４）。具体的には、ある所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて非晶質シリコン層１４を結晶化させて結晶質シリコン層１５を生成する。より具体的には、先ず、形成された非晶質シリコン層１４に対して脱水素処理を実施する。脱水素処理としては、窒素雰囲気中のアニール炉での４５０℃以上の温度で加熱する方法が一般的である。その後、非晶質シリコン層１４をレーザーアニール法により、多結晶質（微結晶を含む）にすることにより結晶質シリコン層１５を形成する（図５Ｄ）。
【００８７】
ここで、このレーザーアニール法において、レーザー照射に用いられるレーザー光源は、上述したように、可視光領域の波長のレーザーである。この可視光領域の波長のレーザーは、約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは４００ｎｍ〜６００ｍの波長のレーザーである。また、この可視光領域の波長のレーザーは、パルス発振、連続発振または擬似連続の発振モードであればよい。また、この可視光領域の波長のレーザーは、固体レーザー装置で構成されていてもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成されていてもよい。さらに、可視光領域の波長のレーザーは、非晶質シリコン層１４上に照射したときの照射エネルギー密度の変動が５％程度未満である。
【００８８】
また、Ｓ１４の工程すなわち図５Ｃから図５Ｄの工程では、図６に示すように、線状に集光されたレーザー光が、非晶質シリコン層１４に照射されることで結晶質シリコン層１５を生成する。レーザー光の照射方法には、具体的に２つの方法がある。すなわち、１つは、線状に集光されたレーザー光の照射位置は固定であり、非晶質シリコン層１４が形成された基板１０がステージに載せられステージが移動する方法である。もう１つは、ステージは固定であり、レーザー光の照射位置が移動する方法である。何れの方法においても、レーザー光が非晶質シリコン層１４に対して相対的に移動しながら照射される。このように、レーザー光を照射された非晶質シリコン層１４は、レーザー光のエネルギーを吸収し温度上昇することにより結晶化して結晶質シリコン層１５になる。
【００８９】
なお、線状に集光されたレーザー光以外でもよく、スポット状（円形や楕円形その他も含む）のレーザー光を用いるとしてもよい。その場合には、結晶化に適したスキャン方法でレーザー光の照射を実施することが好ましい。
【００９０】
次に、２層目の非晶質シリコン層１６を形成し（Ｓ１５）、薄膜トランジスタ１００のチャネル領域のシリコン層をパターニングする（Ｓ１６）。
【００９１】
具体的には、プラズマＣＶＤ法により、ゲート絶縁層１３上に、２層目の非晶質シリコン層１６を形成する（図５Ｅ）。そして、薄膜トランジスタ１００のチャネル領域が残るようにシリコン層膜層（結晶質シリコン層１５および非晶質シリコン層１６の層）をパターニングし、除去すべき非晶質シリコン層１６と結晶質シリコン層１５とをエッチングにより除去する（図５Ｆ）。それにより、薄膜トランジスタ１００において所望のチャネル層を形成することができる。
【００９２】
次に、ｎ＋シリコン層１７とソース・ドレイン電極１８とを成膜する（Ｓ１７）。
【００９３】
具体的には、プラズマＣＶＤ法により、非晶質シリコン層１６と結晶質シリコン層１５の側面とゲート絶縁層１３とを覆うようにｎ＋シリコン層１７を成膜する（図５Ｇ）。そして、成膜したｎ＋シリコン層１７上に、スパッタ法によりソース・ドレイン電極１８となる金属が堆積される（図５Ｈ）。ここで、ソース・ドレイン電極は、Ｍｏ若しくはＭｏ合金などの金属、チタニウム（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）若しくはＡｌ合金などの金属、銅（Ｃｕ）若しくはＣｕ合金などの金属、または、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）若しくはタングステン（Ｗ）等の金属の材料で形成される。
【００９４】
次に、ソース・ドレイン電極１８のパターニングを行う（Ｓ１８）。そして、ｎ＋シリコン層１７をエッチングし、その過程で、２層目の非晶質シリコン層１６を一部エッチングする（Ｓ１９）。
【００９５】
具体的には、ソース・ドレイン電極１８をフォトリソグラフィーおよびウェットエッチングにより形成する（図５Ｉ）。また、ｎ＋シリコン層１７をエッチングし、薄膜トランジスタ１００のチャネル領域の非晶質シリコン層１６を一部エッチングする（図５Ｊ）。言い換えると、非晶質シリコン層１６は、薄膜トランジスタ１００のチャネル領域の非晶質シリコン層１６を一部残すようにチャネルエッチングされる。
【００９６】
このようにして、薄膜トランジスタ１００は製造される。
【００９７】
最後に、薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ１００を互いに電気的に接続する工程を簡単に説明する。ここで、図７は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイの単位繰り返しセルの等価回路の断面の一例を示す図である。なお、図３および図５Ａ〜図５Ｊと同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００９８】
図７に示されるように、基板１０全面に、薄膜トランジスタ１００の保護とパッシベーションのために、層間絶縁膜として窒化珪素膜をプラズマＣＶＤで形成する。続いて、ソース・ドレイン電極１８上にコンタクトホールを開口する。これは、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより行う。その後、基板１０全面に主にＡｌまたはＣｕからなる金属薄膜をスパッタ法にて形成し、フォトリソグラフィー、ウェットエッチングにて、データ線３および、電流供給線５を形成する。
【００９９】
以上のように、本実施の形態における薄膜トランジスタ１００は、ボトムゲート構造を有するＰｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴとして形成される。この薄膜トランジスタ１００の製造時には、ゲート絶縁層１３と非晶質シリコン層１４を、上述した関係を成立させる膜厚の範囲で成膜する。そして、非晶質シリコン層１４を、可視光領域の波長、より好ましくは４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長のレーザー光にてレーザーアニールを行い結晶化することで、非晶質シリコン層１４を結晶質シリコン層１５にする。このとき、薄膜トランジスタが形成されるチャネル領域における結晶質シリコン層１５の結晶性を、ゲート絶縁層１３のゲート容量に応じて変化させることが可能となる。具体的には、ゲート絶縁層１３のゲート容量に対して、結晶質シリコン層１５の結晶性が負の相関を有するように、結晶質シリコン層１５を基板全面に形成することができる。言い換えれば、ゲート絶縁層１３のゲート容量に対して、ゲート電極上の結晶質シリコン層１５の平均結晶粒径が、負の相関を有するように、結晶質シリコン層１５を基板全面に形成することができる。さらに言い換えれば、ゲート絶縁層１３のゲート容量に対して、ゲート電極上の結晶質シリコン層１５のラマン散乱スペクトルにおける５２０ｃｍ−１付近のピークの半値幅が正の相関を有するように、結晶質シリコン層１５を基板全面に形成することができる。
【０１００】
このようにして形成された結晶質シリコン層１５をチャネルに備えた薄膜トランジスタ１００は、ゲート絶縁層１３の膜厚に応じたゲート容量分の駆動能力を、結晶質シリコン層１５の結晶性、すなわち電気伝導能力で相殺できるため、異なる膜厚で異なる容量を有するゲート絶縁層１３を備える薄膜トランジスタ間のオン特性のバラツキを低減させることが可能となる。よって、このような薄膜トランジスタ１００から構成される薄膜トランジスタアレイは、そのオン特性の面内分布が均一になる。
【０１０１】
以上のように、ゲート絶縁層１３と非晶質シリコン層１４との膜厚を上述した条件を満たすように形成し、上記のレーザー光を用いて非晶質シリコン層１４を結晶化して形成した結晶質シリコン層１５を薄膜トランジスタのチャネル層として用いる。それにより、その薄膜トランジスタにより構成された薄膜トランジスタアレイを備えた表示装置の大型化が進んでも、薄膜トランジスタの構成層膜厚バラツキによるオン特性不均一による表示ムラを発生させることなく、その表示品位を向上させることができる効果を奏する。
【０１０２】
以下の実施例において、本発明の効果が得られるゲート絶縁層１３および非晶質シリコン層１４の膜厚の範囲の導出を具体的に説明する。
【０１０３】
（実施例）
まず、ゲート絶縁層、および非晶質シリコン層を形成する場合、それぞれの膜厚は狙った膜厚（狙い膜厚）から変動する。
【０１０４】
具体的には、例えば基板１０上に多数形成されたゲート電極１２上に、連続的に、ゲート絶縁層１３および非晶質シリコン層１４を形成するとする。ここで、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚をｄＧＩ、および非晶質シリコン層１４の狙い膜厚をｄａ−Ｓｉとおく。言い換えると、例えばＣＶＤ装置により基板１０上にゲート絶縁層１３、そして非晶質シリコン層１４をそれぞれの狙い膜厚で形成するとする。その場合、ゲート絶縁層１３および非晶質シリコン層１４は、その面内で狙い膜厚から変動が生じている。
【０１０５】
この変動は、ＣＶＤ装置の成膜チャンバ内のガスの気流のゆらぎやプラズマの定在波の形成のされ方に依存するため、一般的に０にはできないが、ＣＶＤ装置の成膜条件により最適化できる。
【０１０６】
本実施例では、狙い膜厚に対して最大±１５％の膜厚ズレが生じると仮定して説明する。なお、基板面内の膜厚の変動が狙い膜厚に対して正規分布を形成すると仮定すると、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚、および、非晶質シリコン層１４の狙い膜厚は、面内の平均膜厚になっていると考えることができる。
【０１０７】
ここで、ｄＧＩの１５％の変動量をΔｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉの１５％の変動量をΔｄａ−Ｓｉとおく。すると、ゲート絶縁層１３および非晶質シリコン層１４において、狙いの膜厚の組（ｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ）に対応して、最大に変動した変動膜厚の組（ｄＧＩ±ΔｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ±Δｄａ−Ｓｉ）（復号任意）が０でない確率で基板上に形成されると考えることができる。
【０１０８】
次に、狙い膜厚の組（ｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ）を含む変動膜厚の組に対応する、非晶質シリコン層１４の吸収率Ａを考える。ここで、吸収率Ａは、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の波長λのレーザー光に対する吸収率である。吸収率Ａは、ゲート絶縁層１３の膜厚および非晶質シリコン層１４の膜厚の関数となるので、狙い膜厚のそれぞれの組（変動膜厚の組）に対して、吸収率Ａを一義的に計算できる。なお、例えばゲート絶縁層１３が複数の種類の膜にて構成されている場合（例えば、膜１３１と膜１３２）、膜１３１の膜厚をｄＧＩ１、膜１３２の膜厚ｄＧＩ２として、それぞれの膜に対する１５％の変動ΔｄＧＩ１、およびΔｄＧＩ２を考えればよい。膜の種類がこれ以上の場合も、同様に考えることができる。
【０１０９】
さて、狙い膜厚の組（ｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ）に対応した変動膜厚の組（狙い膜厚の組も含む）におけるゲート電極１２上の非晶質シリコン層の吸収率Ａを計算した場合、吸収率Ａと変動膜厚（ｄＧＩ±ΔｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ±Δｄａ−Ｓｉ）との相関が定義できる。ここで、ゲート絶縁層１３の変動の組はゲート絶縁層１３のゲート容量の変動の組（ＣＧＩ±ΔＣＧＩと定義する）に置き換えてもよい。すなわち（ｄＧＩ±ΔｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ±Δｄａ−Ｓｉ）は（ＣＧＩ±ΔＣＧＩ、ｄａ−Ｓｉ±Δｄａ−Ｓｉ）と置き換えて考えることができるので、同様にして吸収率Ａとゲート容量の変動の組との相関が定義できる。換言すると、１）複数のゲート電極１２上の各々に対応するゲート絶縁層１３の膜厚（具体的にはゲート絶縁層１３の等価酸化膜厚）と、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４のレーザー光に対する吸収率とが正の相関にある領域の膜厚範囲は、レーザー光波長λと変動膜厚の組（ｄＧＩ±ΔｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ±Δｄａ−Ｓｉ）によって定義される吸収率Ａとゲート容量（ＣＧＩ±ΔＣＧＩ）との相関が負の相関（例えば、近似直線を引いたときに、その傾きが負の値をとる）となるゲート絶縁層１３の狙い膜厚の取り得る範囲と等価である。
【０１１０】
さらに、２）複数のゲート電極１２上の各々に対応する非晶質シリコン層１４は、その光吸収率が非晶質シリコン層１４の膜厚変化に対する小さい領域の膜厚範囲で形成される。この膜厚範囲は、このとき定義される吸収率Ａとゲート容量（ＣＧＩ±ΔＣＧＩ）との相関性が良い（例えば、近似直線を引いたときに、Ｒ２乗値が０より大きく、最低でも０．３以上）状態を与える非晶質シリコン層１４の狙い膜厚の取り得る範囲と等価である。
【０１１１】
上記の考え方に基づくと、本発明の効果が得られるゲート絶縁層１３および非晶質シリコン層１４の膜厚の範囲は、次のように計算することができる。
【０１１２】
すなわち、まず、狙い膜厚（ｄＧＩ、ｄａ−Ｓｉ）に対応する仮想の変動膜厚の組と、その変動膜厚の組のそれぞれに対応したゲート電極上の非晶質シリコン層１４の波長λのレーザー光に対する吸収率Ａとを計算する。そして、この吸収率Ａと、仮想の変動膜厚から得られる変動容量との相関を調べ、その相関の近似直線が負の傾であり、かつそのＲ２乗値として０より大きい値である膜厚を、膜厚の範囲（狙い膜厚の取り得る値の範囲）として、計算することができる。
【０１１３】
以下では、一例として、ゲート絶縁層１３が絶縁膜１３０１と絶縁膜１３０２との積層膜で構成されているとして説明する。具体的には、ゲート電極１２上に絶縁膜１３０１が形成され、絶縁膜１３０１上に絶縁膜１３０２が形成されてゲート絶縁層１３を構成しているとして説明する。この構造において、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の波長λのレーザー光に対する吸収率の計算の手順について以下で説明する。
【０１１４】
薄膜トランジスタ１００を構成する多層薄膜の光吸収率は、各々の構成膜に対する振幅反射率および振幅透過率を計算することによって求められる。図８は、振幅反射率および振幅透過率の計算方法を説明するための図である。
【０１１５】
図８は、図２に示す薄膜トランジスタ１００の構造をモデル化した多層構造のモデル構造を示す図である。図８に示すモデル構造では、複素屈折率Ｎ１からなる層４０１と、複素屈折率Ｎ２からなる４０２と、複素屈折率Ｎ３からなる層４０３と、複素屈折率Ｎ４からなる層４０４と、複素屈折率Ｎ５からなる基板層４０５（不図示）とを備える。このモデル構造では、層４０４、層４０３、層４０２および層４０１がこの順に基板層４０５上に積層されたものを示している。また、図中に示す複素屈折率Ｎ０の領域は、モデル構造の外部であり、レーザー光がモデル構造に入射される側を示している。この領域は、例えば空気、またはＮ２ガスである。
【０１１６】
基板層４０５は、例えば透明なガラスまたは石英からなる絶縁基板であり、図５Ａに示す基板１０に対応する。層４０４は、レーザー光に対する透過率が１％以下になる膜厚の金属薄膜で構成されており、例えばＭｏ、Ｃｒ、Ｗ等の高融点金属で構成されており、図５Ａに示すゲート電極１２に対応する。層４０３は、絶縁膜１３０１で構成されており、層４０２は、絶縁膜１３０２で構成されている。ここで、絶縁膜１３０１および絶縁膜１３０２は、例えば、窒化珪素および酸化珪素等の誘電体の薄膜である。これら２層（層４０３および層４０４）による積層膜が図５Ａに示すゲート絶縁層１３に対応する。層４０１は、非晶質シリコン層１４に対応する。なお、ゲート電極１２の光透過を無視して考えるため、図８に示すモデル構造においては、アンダーコート層１１に対応する層を省略している。
【０１１７】
ここで、図８に示すように、外部から層４０１へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ０１、層４０１から層４０２へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ１２、層４０２から層４０３へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ２３、層４０３から層４０４へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ３４としている。また、外部から層４０１へ入射される光の振幅透過係数をｔ０１、層４０１から層４０２へ入射される光の振幅透過係数をｔ１２、層４０２から層４０３へ入射される光の振幅透過係数をｔ２３、層４０３から層４０４へ入射される光の振幅透過係数をｔ３４としている。
【０１１８】
さらに、ゲート電極１２に対応する層４０４が形成されている領域上方の各層全体の振幅反射係数をそれぞれｒ０１２３４（Ｒ１）、ｒ１２３４（Ｒ２）、ｒ２３４（Ｒ３）としている。具体的には、層４０４および層４０３を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ２３４（Ｒ３）としている。同様に、層４０４、層４０３および層４０２を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ１２３４（Ｒ２）とし、層４０４、層４０３、層４０２および層４０１を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ０１２３４（Ｒ１）としている。また、図８に示す各層全体の振幅透過係数をそれぞれｔ０１２３４（Ｔ１）、ｔ１２３４（Ｔ２）、ｔ２３４（Ｔ３）としている。具体的には、層４０４、層４０３を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ２３４（Ｔ３）としている。同様に、層４０４、層４０３および層４０２を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ１２３４（Ｔ２）とし、層４０４および層４０３、層４０２および層４０１を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ０１２３４（Ｔ１）としている。
【０１１９】
そして、ゲート電極１２に対応する層４０４が形成されている領域上方の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の（式１）〜（式６）で表すことができる。
【０１２０】
【数１】
2013030865.tif 000003
【０１２１】
【数２】
2013030865.tif 000004
【０１２２】
【数３】
2013030865.tif 000005
【０１２３】
【数４】
2013030865.tif 000006
【０１２４】
【数５】
2013030865.tif 000007
【０１２５】
【数６】
2013030865.tif 000008
【０１２６】
ここで、
【数７】
2013030865.tif 000009
【数８】
2013030865.tif 000010
【数９】
2013030865.tif 000011
であり、ｄｎは各層の膜厚、θｎは各層での入射角・透過角、λはレーザー光の波長である。
【０１２７】
また、θは下式のスネルの法則より以下の（式７）に示す通りに算出できる。
【０１２８】
【数１０】
2013030865.tif 000012
【０１２９】
また、各層それぞれの振幅反射係数ｒ０１、ｒ１２、ｒ２３、ｒ３４、および振幅透過係数ｔ０１、ｔ１２、ｔ１２、ｔ３４は下記の（式８）〜（式１５）を用いて算出できる。
【０１３０】
【数１１】
2013030865.tif 000013
【０１３１】
【数１２】
2013030865.tif 000014
【０１３２】
【数１３】
2013030865.tif 000015
【０１３３】
【数１４】
2013030865.tif 000016
【０１３４】
【数１５】
2013030865.tif 000017
【０１３５】
【数１６】
2013030865.tif 000018
【０１３６】
【数１７】
2013030865.tif 000019
【０１３７】
【数１８】
2013030865.tif 000020
【０１３８】
なお、ここで光は単色レーザー光であり、その偏光はＰ偏光を仮定している。
【０１３９】
次に、以上の式を用いて、次のようにしてゲート電極１２に対応する層４０４が形成されている領域上方における各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数を算出する。すなわち、まず、ｒ２３４を、（式３）に（式１０）および（式１１）を代入することにより算出する。次いで、ｒ１２３４を、（式２）に（式９）およびｒ２３４を代入することにより算出する。次いで、ｒ０１２３４を、（式３）に（式８）およびｒ１２３４を代入することにより算出する。次いで、ｔ２３４を、（式６）に（式１０）、（式１１）、（式１４）および（式１５）を代入することにより算出する。次いで、ｔ１２３４を、（式５）に（式９）、（式１３）、ｒ２３４およびｔ２３４を代入することにより算出する。次いで、ｔ０１２３４を、（式４）に（式８）、（式１２）、ｒ１２３４およびｔ１２３４を代入することにより算出する。
【０１４０】
次に、ゲート電極１２に対応する層４０４が形成されている領域上方のおける各層での反射率Ｒ１、Ｒ２およびＲ３、透過率Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を（式１６）〜（式２１）により算出する。
【０１４１】
【数１９】
2013030865.tif 000021
【０１４２】
【数２０】
2013030865.tif 000022
【０１４３】
【数２１】
2013030865.tif 000023
【０１４４】
【数２２】
2013030865.tif 000024
【０１４５】
【数２３】
2013030865.tif 000025
【０１４６】
【数２４】
2013030865.tif 000026
【０１４７】
最後に、（式２２）によって、ゲート電極上の非晶質シリコン層への光吸収率Ａを算出することができる。
【０１４８】
【数２５】
2013030865.tif 000027
【０１４９】
上述した計算方法を用いて、図８に示すモデル構造に対して垂直に、すなわちθ０＝０、またはｓｉｎθ０＝０が近似的に成り立つ範囲の入射角θ０において波長λのレーザー光を入射した場合の、ゲート電極上の非晶質シリコン層の光吸収率を算出できる。この場合、レーザー光の偏光がＳ偏光としても計算結果は同じである。
【０１５０】
以上の方法により、非晶質シリコン層１４の膜厚がｄａ−Ｓｉであり、例えば、ゲート絶縁層１３を構成する絶縁膜１３０１を窒化珪素膜とし、絶縁膜１３０２を酸化珪素膜とした場合、それぞれの膜厚（窒化珪素膜の膜厚：ｄＳｉＮ、酸化珪素膜の膜厚：ｄＳｉＯ）を用いて、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４のレーザー光に対する吸収率を算出することができる。また、以上の方法を用いれば、例えば絶縁膜１３０１と絶縁膜１３０２とが同物質で構成されると仮定することにより、ゲート絶縁層１３が単層の絶縁膜から構成されている場合における、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４のレーザー光に対する吸収率を算出することができる。
【０１５１】
次に、本発明の効果を得るための非晶質シリコン層１４の膜厚には、好適な範囲があることを説明する。
【０１５２】
図９は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、非晶質シリコン層の膜厚に好適な膜厚範囲があることを説明するための図である。
【０１５３】
具体的には、図９は、ゲート絶縁層１３が酸化珪素膜単層で形成されているときにおける、レーザー光波長λで規格化された、非晶質シリコン層１４の光学膜厚（ｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λ）と、レーザー光波長λで規格化された酸化珪素膜の光学膜厚によって規格化された非晶質シリコン層１４のレーザー光波長λの吸収率（Ａ／（ｎＳｉＯ×ｄＳｉＯ／λ））との関係を表している。図９に示す各々の曲線は、レーザー光波長λで規格化された酸化珪素膜の光学膜厚（ｎＳｉＯ×ｄＳｉＯ／λ）の値に対応している。また、図９に示す関係は、レーザー光の波長範囲を４００ｎｍ〜６００ｎｍとしたときに、上述したゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４のレーザー光に対する吸収率の計算方法により導かれる。
【０１５４】
図９に示すように、ｎＳｉＯ×ｄＳｉＯ／λに応じて曲線の極大を与えるｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λがシフトしている。
【０１５５】
ここで、薄膜トランジスタアレイにおいて、各々の薄膜トランジスタ１００が均一なオン特性を有するためには、非晶質シリコン層１４の膜厚の変動がゲート電極上の非晶質シリコン層１４の吸収率の変動に影響しないことが必要である。そのため、本実施例では、非晶質シリコン層１４を、その非晶質シリコン層１４の膜厚の変動がゲート電極上の非晶質シリコン層１４の吸収率の変動に与える影響が少なくなる膜厚の範囲で形成する必要がある。
【０１５６】
図９において、非晶質シリコン層１４の膜厚の変動がゲート電極上の非晶質シリコン層１４の吸収率の変動に与える影響が少なくなる膜厚の範囲は、いずれのｎＳｉＯ×ｄＳｉＯ／λの曲線に対しても、その極大を与えるｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λの近傍の非晶質シリコン層１４の膜厚の範囲に相当する。つまり、非晶質シリコン層１４の好適な膜厚の範囲とは、いずれのｎＳｉＯ×ｄＳｉＯ／λの曲線に対しても、極大値を基準とした所定の範囲内の領域に対応する膜厚の範囲である。換言すると、Ａ／（ｎＳｉＯ×ｄＳｉＯ／λ）の曲線をｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λで微分したときの微分係数０（極大値）を基準として、微分係数が例えば−５から＋５である範囲内に対応する膜厚の範囲で非晶質シリコン層１４を形成することに相当する。
【０１５７】
具体的には、微分係数が−５から＋５である範囲内に対応する膜厚の範囲は、（式２３）で与えることができる。
【０１５８】
０．４２６≦ｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λ≦０．６４１        （式２３）
【０１５９】
なお、ゲート絶縁層１３を構成する絶縁膜がレーザー光に対して透明である限り、すなわち、ゲート絶縁層１３を構成する絶縁膜の消衰係数が、多重干渉に影響を与えない程度に小さい（０．０１以下）であるならば、ゲート絶縁層１３がレーザー光を吸収することはない。そのため、非晶質シリコン層１４の膜厚の好適範囲は、その構成によらず成立する。
【０１６０】
また、本実施例では説明を簡単にするために、ゲート絶縁層１３が酸化珪素層単層で構成されているとして説明したが、それに限らない。ゲート絶縁層１３が透明な絶縁膜で構成されている限り、その光学膜厚（絶縁層の屈折率と膜厚の積の和）を上述の酸化珪素層の光学膜厚に置き換えれば、同様のことが成立する。
【０１６１】
以下、本発明の効果を得るための、非晶質シリコン層１４の膜厚の好適な範囲について、より具体的に説明する。以下では、レーザー光の波長範囲が４００ｎｍから６００ｎｍであり、ｎａ−Ｓｉ×ｄａ−Ｓｉ／λの範囲が０．４２６から０．６４１の範囲であるとする。また、上述したゲート絶縁層１３を構成する絶縁膜１３０１を例えば窒化珪素膜とし、絶縁膜１３０２を例えば酸化珪素膜として説明する。
【０１６２】
この場合、ゲート絶縁層１３のゲート容量ＣＧＩは、酸化珪素膜の容量と窒化珪素膜の容量の合成容量となることから、（式２４）で計算できる。ここで、酸化珪素膜の比誘電率をεＳｉＯ、窒化珪素膜の比誘電率をεＳｉＮ、真空の誘電率をε０としている。
【０１６３】
【数２６】
2013030865.tif 000028
【０１６４】
また、以下では、吸収率Ａとの相関性を調べるときに用いるゲート容量として、ゲート絶縁層１３の容量の変動（変動容量）を表すゲート容量ＣＧＩ±ΔＣＧＩをゲート絶縁層１３の狙いの膜厚に対するゲート容量ＣＧＩで規格化したゲート容量ＣＧＩ’＝（ＣＧＩ±ΔＣＧＩ）／ＣＧＩを用いた。
【０１６５】
そして、上述した数式を用いて、まず、変動膜厚の組（ｄａ−Ｓｉ±Δｄａ−Ｓｉ、ｄＳｉＯ±ΔｄＳｉＯ、ｄＳｉＮ±ΔｄＳｉＮ）（復号任意）のそれぞれに対応するゲート電極上の非晶質シリコン層１４の吸収率Ａと、規格化ゲート容量ＣＧＩ’との相関を調べた。ここで、変動膜厚の組（ｄａ−Ｓｉ±Δｄａ−Ｓｉ、ｄＳｉＯ±ΔｄＳｉＯ、ｄＳｉＮ±ΔｄＳｉＮ）（復号任意）は、上述したように、レーザー光波長がλのとき、狙い膜厚（ｄａ−Ｓｉ、ｄＳｉＯ、ｄＳｉＮ）に対して、その膜厚から１５％変動したときの膜厚の組である。
【０１６６】
次に、調べた相関（プロット）における近似直線の係数およびＲ２乗値を、それぞれの狙い膜厚について計算した。
【０１６７】
図１０Ａは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層１５を形成する場合に、ゲート絶縁層１３を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。
【０１６８】
具体的には、図１０Ａは、吸収率Ａと規格化ゲート容量ＣＧＩ’との相関における近似直線の係数を、等高線図としてプロットしたものである。図１０Ｂは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層１５を形成する場合に、ゲート絶縁層１３を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。具体的には、図１０Ｂは、吸収率Ａと規格化ゲート容量ＣＧＩ’との相関における近似直線のＲ２乗値を、等高線図としてプロットしたものである。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、横軸Ｘは、酸化珪素層の光学膜厚、すなわち、酸化珪素層の屈折率ｎＳｉＯに酸化珪素層の膜厚ｄＳｉＯを乗じた値を、レーザー光の波長λで除算した値、すなわちＸ＝（ｎＳｉＯ×ｄＳｉＯ）／λを示している。縦軸Ｙは、窒化珪素層の光学膜厚、すなわち、窒化珪素層の屈折率ｎＳｉＮに窒化珪素層の膜厚ｄＳｉＮを乗じた値を、レーザー光の波長λで除算した値、すなわちＹ＝（ｎＳｉＮ×ｄＳｉＮ）／λを示している。言い換えると、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す値は、レーザー光波長、および、ゲート絶縁層１３の光学定数に対して一般化されている。また、ゲート電極１２の材料の光学定数、具体的には屈折率ｎと消衰係数ｋは、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率Ａの絶対値には影響を与えるが、規格化ゲート容量ＣＧＩ’との相関性には、影響を与えない。言い換えると、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す値はゲート電極１２の材料に対しても一般化されている。
【０１６９】
図１０Ａに示す領域Ａおよび領域Ｂは、吸収率Ａと規格化ゲート容量ＣＧＩ’との相関における近似直線の係数が負になる領域である。具体的には領域Ａは（式２５）および（式２６）で表される領域であり、領域Ｂは（式２７）および（式２８）で表される領域である。
【０１７０】
Ｙ≧−１０７０Ｘ６＋１４００Ｘ５−６８８Ｘ４＋１５３Ｘ３−１２．９０Ｘ２−１．０２Ｘ＋０．４３９      （式２５）
Ｙ≦４９．９Ｘ６−１３１Ｘ５＋１２７Ｘ４−５６．８Ｘ３＋１１．８Ｘ２−２．０１Ｘ＋０．７３６      （式２６）
Ｙ≧−７．３４Ｘ６＋８．４８Ｘ５＋８．６５Ｘ４−１６．０Ｘ３＋７．２４Ｘ２−２．０４Ｘ＋０．９６１      （式２７）
Ｙ≦−３．７５Ｘ６＋１１．８Ｘ５−１３．１Ｘ４＋６．０９Ｘ３−１．１２Ｘ２−０．８７Ｘ＋１．２０      （式２８）
【０１７１】
よって、（式２５）および（式２６）、または、（式２７）および（式２８）で示される数式を満足する酸化珪素膜および窒化珪素膜の膜厚を狙い膜厚として採用することにより、基板面内でそれらの膜厚が変動しても、各々のゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率Ａと各々のゲート電極１２でのゲート容量とが負の相関を持つように、ゲート絶縁層１３を形成することができる。
【０１７２】
さらに、図１０Ｂに示す領域１および領域２は、吸収率Ａと規格化ゲート容量ＣＧＩ’との相関における近似直線のＲ２乗値が０．３以上の領域である。具体的には、領域１は（式２９）および（式３０）で表される領域であり、領域２は（式３１）および（式３２）で表される領域である。
【０１７３】
Ｙ≧−１３２．６Ｘ６＋１８１Ｘ５−９３．８Ｘ４＋２１．３Ｘ３−１．３３Ｘ２−１．０４Ｘ＋０．４７３      （式２９）
Ｙ≦２３．７Ｘ６−４．５６Ｘ５−３５．４Ｘ４＋２７．２Ｘ３−５．７５Ｘ２−０．９７３Ｘ＋０．６１９      （式３０）
Ｙ≧７．４６Ｘ６−３２．４Ｘ５＋５０．８Ｘ４−３５．７Ｘ３＋１１．０Ｘ２−２．２０Ｘ＋１．０４      （式３１）
Ｙ≦−５．３４Ｘ６＋１６．７Ｘ５−１８．７Ｘ４＋９．１８Ｘ３−１．９６Ｘ２−０．８２１Ｘ＋１．１３      （式３２）
【０１７４】
よって、（式２９）および（式３０）、または、（式３１）および（式３２）で示される数式を満足する酸化珪素膜および窒化珪素膜の膜厚を狙い膜厚として採用することにより、基板面内で非晶質シリコン層１４の膜厚が変動しても、各々のゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率Ａの変動への影響を最小にすることができる。
【０１７５】
さらに、図１０Ｂには、図１０Ａで算出した領域Ａおよび領域Ｂが表記されている。したがって、図１０Ｂに示すように、領域１および領域２は、領域Ａおよび領域Ｂ内に含まれることがわかる。
【０１７６】
つまり、領域１および領域２を表す数式を満足する酸化珪素膜および窒化珪素膜の膜厚を狙い膜厚として採用すれば、自動的に領域Ａおよび領域Ｂの膜厚範囲内に属することになる。そのため、基板面内で窒化珪素膜、酸化珪素膜、および非晶質シリコン膜の膜厚が変動しても、各々のゲート電極上の非晶質シリコン層１４の吸収率Ａと各々のゲート電極１２でのゲート容量とが負の相関を持つように、ゲート絶縁層１３を形成することが可能となる。
【０１７７】
以上のように、領域１および領域２は、本発明の効果が得られる最も好適な、ゲート絶縁層１３、および非晶質シリコン層１４の狙い膜厚の膜厚範囲である。
【０１７８】
なお、上記では、ゲート絶縁層１３を酸化珪素膜と窒化珪素膜とがこの順序で積層されている場合について説明したが限らない。例えばゲート絶縁層１３を構成する窒化珪素膜と酸化珪素膜の順序が逆転している場合には、上記のＸとＹを入れ替えた上で上述した膜厚範囲を再導出すればよい。
【０１７９】
また、例えばゲート絶縁層１３が単層で構成されているとしてもよい。その場合には、上記と同様の算出方法にて、各々のゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率Ａと各々のゲート電極１２でのゲート容量とが負の相関を持つように、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚の膜厚範囲を導出することができる。
【０１８０】
具体的には、（式２５）および（式２６）または（式２７）および（式２８）においてＸ＝０を代入する。すると、ゲート絶縁層１３が単層の絶縁膜で形成されているときの、波長λに対して一般化された、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚の取り得る範囲は、以下の（式３３）または（式３４）として導出される。
【０１８１】
０．４４≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦０．７４          （式３３）
０．９６≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦１．２０          （式３４）
【０１８２】
ここで、ｄＧＩはゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λはレーザー光波長を表し、ｎＧＩはゲート絶縁層１３の波長λのレーザー光に対する屈折率を表している。
【０１８３】
また、さらに、（式２９）および（式３０）、または、（式３１）および（式３２）においてＸ＝０を代入する。すると、ゲート絶縁層１３が単層の絶縁膜で形成されているときの、波長λに対して一般化された、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚の取り得る範囲は、以下の（式３５）または（式３６）として導出される。
【０１８４】
この範囲でゲート絶縁層１３を形成することにより、ゲート絶縁層１３が単層の絶縁膜で形成されている場合において、基板面内でゲート絶縁層１３および非晶質シリコン層１４の膜厚が変動しても、各々のゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率Ａと各々のゲート電極１２でのゲート容量とに負の相関を持たせることができる。つまり、（式３５）または（式３６）で表される膜厚の範囲は、本発明の効果が得られる最も好適な、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚の範囲である。
【０１８５】
０．４７≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦０．６２      （式３５）
１．０４≦ｎＧＩ×ｄＧＩ／λ≦１．１３      （式３６）
【０１８６】
以上のようにして、薄膜トランジスタ１００のゲート絶縁層１３が積層構造または単層構造であっても、本発明の効果が得られる非晶質シリコン層１４およびゲート絶縁層１３の膜厚を導出することができた。しかし、この導出方法は、ゲート絶縁層１３が積層構造または単層構造に限らず用いることができる。つまり、本導出の方法を用いれば、ゲート絶縁層１３の構成によらず、本発明の効果が得られる非晶質シリコン層１４およびゲート絶縁層１３の膜厚を導出することが可能である。
【０１８７】
以下、具体例として、ゲート絶縁層１３が窒化珪素膜と酸化珪素膜から構成された薄膜トランジスタアレイについて説明する。この薄膜トランジスタアレイにおいて、ゲート絶縁層１３は、ゲート電極１２から順に窒化珪素膜と酸化珪素膜とが積層された構成である。また、結晶質シリコン層１５は、波長λ＝５３２ｎｍのレーザー光を用いて、非晶質シリコン層１４をレーザーアニールして形成されているとして説明する。
【０１８８】
図１１は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層１５を形成する場合に、ゲート絶縁層１３を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲の具体例を示す図である。具体的には、図１１では、図１０Ｂに示すＸとＹとにおける０から０．８までの範囲を拡大し、かつ、ＸとＹを実際の酸化珪素膜、窒化珪素膜の膜厚に変換して示されている。ここで、酸化珪素膜の屈折率を１．４６７、窒化珪素膜の屈折率を１．９４７としている。非晶質シリコン層１４の屈折率を５．０７、消衰係数を０．６１としている。また、非晶質シリコン層１４の狙い膜厚範囲は４４．７ｎｍから６７．３ｎｍを仮定しているが、この膜厚範囲は、上記の（式２３）〜（式３２）から導出される。
【０１８９】
ここで、薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ１００の構造として、ゲート絶縁層１３の構成条件（条件１〜条件３）を検討した。図１１中に示されているように、条件１は酸化珪素膜の膜厚ｄＳｉＯ＝８０ｎｍ、窒化珪素膜の膜厚ｄＳｉＮ＝７５ｎｍである（以下ではｄＳｉＯ／ｄＳｉＮ＝８０／７５ｎｍと記述する）。条件２はｄＳｉＯ／ｄＳｉＮ＝３０／１６０（ｎｍ）である。また、条件３はｄＳｉＯ／ｄＳｉＮ＝９０／５５（ｎｍ）である。
【０１９０】
なお、条件１〜条件３すなわち３つのゲート絶縁層１３の構成条件は、その等価酸化膜厚がおよそ１２０ｎｍになるように設定されている。
【０１９１】
図１１からわかるように、条件１は最も好適である領域１に含まれており、条件２は少なくとも領域Ａに含まれている。一方、条件３は領域１および領域Ａの何れにも含まれていない。したがって、条件１〜条件３において、条件１が最も好適な条件であり、条件２が好適な条件である。条件３は、好適でない従来の条件となる。
【０１９２】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、バラツいた膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層１４の吸収率との関係を示す図である。
【０１９３】
具体的には、図１２Ａでは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件１で構成した場合において、狙い膜厚からそれぞれ膜厚が±１５％変動した時の膜厚にて、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４のレーザー光の吸収率とゲート絶縁層１３のゲート容量との相関を示している。ここで、図１２Ａの横軸は、狙い膜厚のゲート絶縁層１３のゲート容量で規格化された値である規格化ゲート容量を示し、縦軸は吸収率を示す。また、非晶質シリコン層１４の狙い膜厚は６０ｎｍに設定した。
【０１９４】
同様に、図１２Ｂは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件２で構成した場合の図であり、図１２Ｃは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件３で構成した場合の図である。
【０１９５】
図１２Ａ〜図１２Ｃにより、狙い膜厚が領域１に含まれる条件１では、ゲート容量とゲート電極上の非晶質シリコン層１４の吸収率との関係が強い負の相関を示しており、Ｒ２乗値も０．５に近く、非晶質シリコン層１４の膜厚変動が吸収率の変動に与える影響が小さいことがわかる。一方、領域１には含まれていないが、少なくとも領域Ａに含まれている条件２の膜厚条件では、ゲート容量とゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率との関係は弱い負の相関を示しているが、Ｒ２乗値も０．１以下と小さく、非晶質シリコン層１４の膜厚変動が吸収率の変動に与える影響が大きいことがわかる。
【０１９６】
これに対して、領域１および領域Ａの何れにも含まれていない条件３の膜厚条件では、ゲート容量とゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率との関係は、近似直線の傾きはほぼ０である。これは、この膜厚条件が、ゲート絶縁層１３の膜厚変動に対して、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率の変動がないことを示しており、従来技術、例えば特許文献２に開示されるような膜厚条件の一態様であることを意味する。さらに、Ｒ２乗値もほぼ０であり、非晶質シリコン層１４の膜厚変動が吸収率の変動に与える影響が大きいことがわかる。
【０１９７】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、バラツいた膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層１４の結晶性との関係を示す図である。
【０１９８】
具体的には、図１３Ａでは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件１で構成した場合において、狙い膜厚からそれぞれ膜厚が±１５％変動した時の膜厚にて、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の領域をラマン散乱分光法にて測定したときのラマンシフトスペクトルが５２０ｃｍ−１付近に持つピークの半値幅と、ゲート絶縁層１３のゲート容量との相関を示している。ここで、図１２の横軸は、狙い膜厚のゲート絶縁層１３のゲート容量で規格化された値である規格化ゲート容量を示し、縦軸は狙い膜厚のときに得られる結晶質シリコン層１５の半値幅で規格化している。
【０１９９】
同様に、図１３Ｂは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件２で構成した場合の図であり、図１３Ｃは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件３で構成した場合の図である。
【０２００】
ここで、半値幅の増加は、結晶質シリコン層１５の結晶性が悪化していることを示し、逆に、半値幅の減少は、結晶質シリコン層１５の結晶性が良化することを示す。
【０２０１】
したがって、図１３Ａから、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件１で構成した場合では、ゲート容量が増大すると、ゲート電極１２上の結晶質シリコン層１５の結晶性が悪化し、逆に、ゲート容量が減少すると、ゲート電極１２上の結晶質シリコン層１５の結晶性が良化していることがわかる。よって、最も好適である領域１に含まれるように狙い膜厚の条件を設定することにより、図１２Ａで確認したように、ゲート容量の増加と共に、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率を低下させることが可能となる。それにより、ゲート容量とゲート電極１２上にレーザー光照射により形成された結晶質シリコン層１５の結晶性との相関を負（ゲート容量−ラマン半値幅の相関が正）にすることが可能となる。
【０２０２】
一方、図１３Ｂおよび図１３Ｃから、狙いの膜厚が、好適範囲から外れるにつれて、ゲート容量と、ゲート電極１２上の結晶質シリコン層１５の結晶性とに明確な相関性が減少していくのがわかる。
【０２０３】
図１４Ａ〜図１４Ｃは、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層１５をチャネルとした薄膜トランジスタ１００のオン電流との関係を示す図である。
【０２０４】
具体的には、図１４Ａは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件１で構成した場合において、バラツいた膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層１４を結晶化して得られる結晶質シリコン層１５をチャネルとした薄膜トランジスタ１００のオン電流との関係を示す図である。ここで、評価に用いられた薄膜トランジスタアレイは、上記のレーザーアニール条件にて非晶質シリコン層１４を結晶化して得られた結晶質シリコン層１５を用いてガラス基板上に形成されている。オン電流は、この薄膜トランジスタアレイの各々の薄膜トランジスタ１００の１つで評価した。また、バラツいた膜厚が形成する容量は、対応する薄膜トランジスタ１００の近傍に形成されたゲート容量評価ＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）にて評価した。ここで、図１４Ａにおいて、ゲート容量およびオン電流を狙い膜厚条件の薄膜トランジスタ１００の特性で規格化してある。
【０２０５】
同様に、図１４Ｂは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件２で構成した場合の図であり、図１４Ｃは、ゲート絶縁層１３の狙い膜厚を条件３で構成した場合の図である。
【０２０６】
図１４Ａに示されるように、条件１では、オン電流の最大、最小が中心値に対して±２０％以内であり、他の条件と比較して最もオン電流のバラツキが少ない。また、図１４Ｂに示されるように、条件２では、オン電流の最大、最小が中心値に対して±２０％をややオーバーしている。
【０２０７】
一方、図１４Ｃに示されるように、条件３では、オン電流の最大、最小が中心値に対して±３０％以上と、薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する膜厚の変動に対して、オン電流のバラツキが大きくなっている。したがって、従来技術では、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率の変動が最も少なくなるような膜厚条件を用いる場合、薄膜トランジスタ１００のチャネル層の構成層膜厚が変動した場合、ゲート電極１２上の結晶質シリコン層１５の結晶性のバラツキは有る程度低減できる。しかし、基板面内に複数薄膜トランジスタ１００を形成する場合、それらのオン電流のバラツキを低減させることは困難になるのがわかる。
【０２０８】
以上の実施例によれば、本発明の効果が得られる膜厚領域として導出された領域Ａ（および領域Ｂ）、また、さらなる好適範囲である領域１（および領域２）を満たすように狙いの膜厚を設定することにより、変動したゲート容量の増加に対してゲート電極１２上の結晶質シリコン層１５の結晶性を減少させることができる。その結果、膜厚が狙いの膜厚から変動しても、複数の薄膜トランジスタ１００のオン特性の均一化が保たれる。
【０２０９】
総括すると、基板上に薄膜トランジスタアレイを形成する場合、薄膜トランジスタ１００のゲート絶縁層１３、および、レーザーアニール結晶化前の非晶質シリコン層１４のそれぞれの狙いの膜厚を、上記のように計算されて膜厚範囲を満たすように形成することによって、基板１０上でそれぞれの膜厚が変動しても、ゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率とゲート絶縁層１３が形成するゲート容量との相関を負にできる。それにより、非晶質シリコン層１４の膜厚の変動に対するゲート電極１２上の非晶質シリコン層１４の吸収率の変動を小さくすることができる。つまり、このような狙い膜厚を採用することにより、基板１０上で膜厚が変動しても、非晶質シリコン層１４をレーザーアニール結晶化し結晶質シリコン層１５を形成したとき、その各々のゲート電極１２に対応する結晶質シリコン層１５の結晶性とゲート容量とに負の相関を持たせることが可能になる。それにより、基板１０上に形成された薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタ１００のゲート容量の変動に起因する駆動能力の変動を結晶質シリコン層１５の結晶性で相殺することができ、薄膜トランジスタアレイを構成する各々薄膜トランジスタ１００のオン特性の均一性を基板全面で保つことができるという、従来の技術では実現できなかった効果を奏する。
【０２１０】
以上、本発明によれば、均一なオン特性を有する薄膜トランジスタで構成することができる薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。
【０２１１】
具体的には、可視光領域の波長のレーザーを用いて、薄膜トランジスタ１００のゲート容量の変動に応じて、意図的に結晶性の変動させた結晶質シリコン層１５を形成することができる。それにより、作製された薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタ１００のオン特性を均一にした薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。
【０２１２】
より具体的には、非晶質シリコン層１４およびゲート絶縁層１３を、それぞれの膜厚が所定の条件を満足するように形成することにより、可視光領域の波長のレーザーを用いて、ゲート容量に対するゲート電極１２上の結晶質シリコン層１５の結晶性が負の相関を有する結晶質シリコン層１５を形成することができる。それにより、ゲート容量による薄膜トランジスタ１００の駆動能力を相殺する効果を奏し、基板１０上に形成された薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ１００のオン特性を均一化させた薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。
【０２１３】
ここで、図１５に示す表示装置に、本発明の薄膜トランジスタアレイを用いた場合には、均一なトランジスタ特性を備える高画質な表示装置を実現することができる。また、表示品位の向上による歩留り向上、コストダウンも可能となる。
【０２１４】
なお、本発明によれば、例えば、ゲート電極１２のパターン形状等、特に薄膜トランジスタの構造や、回路構成に変更を加えることなく、膜厚条件を上記の範囲にとるだけ効果を実現することが可能になるので、例えば、より高精細な表示装置を作製する場合においても、その設計の柔軟性を保つことが出来る点も従来の技術より優れているといえる。
【０２１５】
以上、本発明の薄膜トランジスタ装置アレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２１６】
本発明は、薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた液晶パネルまたは、有機ＥＬパネル等のＥＬパネルを含む表示装置に利用でき、特に、レーザー結晶化プロセスにおいて、大型基板上で、薄膜トランジスタのチャネル構成層（非晶質シリコン層、ゲート絶縁層）の膜厚が変動しても、薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタのオン特性が均一である高画質な液晶パネルまたは、有機ＥＬパネル等のＥＬパネルを含む表示装置の製造などに利用できる。
【符号の説明】
【０２１７】
１  スイッチングトランジスタ
２  駆動トランジスタ
３  データ線
４  走査線
５  電流供給線
６  キャパシタンス
７  発光素子
１０  基板
１１  アンダーコート層
１２  ゲート電極
１３  ゲート絶縁層
１４、１６  非晶質シリコン層
１５  結晶質シリコン層
１７  ｎ＋シリコン層
１８  ソース・ドレイン電極
１００  薄膜トランジスタ
４０１、４０２、４０３、４０４  層
４０５  基板層  
１３０１、１３０２  絶縁膜
【図１】
2013030865.tif 000029
【図２】
2013030865.tif 000030
【図３】
2013030865.tif 000031
【図４】
2013030865.tif 000032
【図５Ａ】
2013030865.tif 000033
【図５Ｂ】
2013030865.tif 000034
【図５Ｃ】
2013030865.tif 000035
【図５Ｄ】
2013030865.tif 000036
【図５Ｅ】
2013030865.tif 000037
【図５Ｆ】
2013030865.tif 000038
【図５Ｇ】
2013030865.tif 000039
【図５Ｈ】
2013030865.tif 000040
【図５Ｉ】
2013030865.tif 000041
【図５Ｊ】
2013030865.tif 000042
【図６】
2013030865.tif 000043
【図７】
2013030865.tif 000044
【図８】
2013030865.tif 000045
【図９】
2013030865.tif 000046
【図１０Ａ】
2013030865.tif 000047
【図１０Ｂ】
2013030865.tif 000048
【図１１】
2013030865.tif 000049
【図１２Ａ】
2013030865.tif 000050
【図１２Ｂ】
2013030865.tif 000051
【図１２Ｃ】
2013030865.tif 000052
【図１３Ａ】
2013030865.tif 000053
【図１３Ｂ】
2013030865.tif 000054
【図１３Ｃ】
2013030865.tif 000055
【図１４Ａ】
2013030865.tif 000056
【図１４Ｂ】
2013030865.tif 000057
【図１４Ｃ】
2013030865.tif 000058
【図１５】
2013030865.tif 000059
【国際調査報告】
2013030865.tif 000060
2013030865.tif 000061