(57)【要約】本発明の薄膜トランジスタの製造方法等は、基板上に複数のゲート電極を形成する工程（Ｓ１１）と、複数のゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程（Ｓ１２）と、ゲート絶縁層上に非晶質性シリコン層を形成する工程（Ｓ１３）と、非晶質性シリコン層上にバッファー層、光吸収層を形成する工程（Ｓ１４）と、赤色または近赤外のレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させた熱により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工程（Ｓ１５）と、複数のゲート電極の各々に対応する結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する工程（Ｓ２０）と、を含み、ゲート絶縁層、非晶質性シリコン層の膜厚、バッファー層、及び、光吸収層の膜厚は、所定の条件式を満たすように形成される。
2013069045.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シリコン層を積層する第４工程と、
前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成する第５工程と、
前記バッファー層上に光吸収層を形成する第６工程と、
波長が６００ｎｍ以上である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させ、加熱により発生した熱により間接的に前記非晶質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７工程と、
前記複数のゲート電極の各々に対応する前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、
前記光吸収層の膜厚に前記光吸収層の屈折率を積算した値である前記光吸収層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記バッファー層の膜厚に前記バッファー層の屈折率を積算した値である前記バッファー層の光学膜厚と、前記非晶質シリコン層の膜厚と前記非晶質シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質シリコン層の光学膜厚と、前記ゲート絶縁層の膜厚と前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した前記ゲート絶縁層の光学膜厚とを和算した値を前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、
さらに、前記光吸収層の密度をρ、比熱をｃとし、前記ゲート電極の膜厚をｄＧ、密度をρＧ、比熱をｃＧとし、
前記ゲート電極の上方の光吸収層と前記ゲート電極の上方にない光吸収層の、前記レーザー光に対するそれぞれの光吸収率が等しいときの前記ゲート電極の吸収率の最大値をＡＧとし、
（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）の式にて算出される値をΔＡ’とおいたとき、
前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質性シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚は、下記の式１）から式４）により区画される範囲に属する前記Ｘ、及び前記Ｙを満たす、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
式１）Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７
式２）Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４
式３）Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９
式４）Ｙ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５
【請求項２】
前記光吸収層は、前記所定のレーザー光の波長範囲において半透明（消衰係数ｋ＜１）である、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項３】
前記第７工程後、且つ、前記第８工程前において、
少なくとも前記光吸収層を除去する工程を含む、
請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項４】
前記第７工程後、且つ、前記第８工程前において、
前記バッファー層及び前記光吸収層を除去する工程を含む、
請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項５】
前記第６工程において、前記所定のレーザーは、連続発振または擬似連続発振モードの発振モードで前記レーザー光を照射する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項６】
前記所定のレーザーは、固体レーザー装置で構成される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項７】
前記所定のレーザーは、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１〜４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８】
前記第６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１〜７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９】
前記所定のレーザーの波長は、６００ｎｍ〜２０００ｎｍ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装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程は、前記基板上に酸化シリコン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１〜９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１１】
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に対応する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及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非晶質性シリコン層を形成後、前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成し、前記バッファー層上に所定の光学特性を有する光吸収層を形成し、波長が６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層にレーザー光を吸収させ発生した熱により、前記バッファー層を介して間接的に非晶質性シリコン層をアニールし結晶化させて生成され、
前記光吸収層の膜厚に前記光吸収層の屈折率を積算した値である前記光吸収層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記バッファー層の膜厚に前記バッファー層の屈折率を積算した値である前記バッファー層の光学膜厚と、前記非晶質シリコン層の膜厚と前記非晶質シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質シリコン層の光学膜厚と、前記ゲート絶縁層の膜厚と前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した前記ゲート絶縁層の光学膜厚とを和算した値を前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、さらに、前記光吸収層の密度をρ、比熱をｃとし、前記ゲート電極の膜厚をｄＧ、密度をρＧ、比熱をｃＧとし、前記ゲート電極の上方の光吸収層と前記ゲート電極の上方にない光吸収層の、前記レーザー光に対するそれぞれの光吸収率が等しいときの前記ゲート電極の吸収率の最大値をＡＧ、とし、（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）の式にて算出される値をΔＡ’とおいたとき、
前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質性シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚は、下記の式１）から式４）により区画される範囲に属する前記Ｘ、及び前記Ｙを満たす、
薄膜トランジスタ装置。
式１）Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７
式２）Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４
式３）Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９
式４）Ｙ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５
【請求項１２】
液晶パネルまたはＥＬパネルを含む表示装置であって、
前記表示装置は、請求項１１記載の薄膜トランジスタ装置を備え、
前記薄膜トランジスタ装置は、前記液晶パネルまたはＥＬパネルを駆動させる、
表示装置。
【請求項１３】
前記ＥＬパネルは、有機ＥＬパネルである、
請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
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シリコン層を積層する第４工程と、
前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成する第５工程と、
前記バッファー層上に光吸収層を形成する第６工程と、
波長が６００ｎｍ以上である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させ、加熱により発生した熱により間接的に前記非晶質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７工程と、
前記複数のゲート電極の各々に対応する前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、
前記第２工程、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程、及び前記第６工程では、前記第７工程において、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の、前記ゲート電極外の前記所定のレーザーの相対移動方向の上流領域での前記光吸収層の最高到達温度が、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記ゲート電極上の領域での前記非晶質性シリコン層の最高到達温度より高くなるように、且つ、前記ゲート電極上の領域内では、前記所定のレーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記光吸収層の最高到達温度がほぼ一定になるように、構成される、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程、前記第６工程及び前記第７工程では、
前記第８工程において、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の、前記ゲート電極外の前記所定のレーザー光の相対移動方向の上流領域での前記光吸収層の最高到達温度が、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記ゲート電極上の領域での前記光吸収層の最高到達温度より高くなるように、且つ、前記ゲート電極上の領域内では、前記所定のレーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記光吸収層の最高到達温度がほぼ一定になるように、
前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚が構成される、
請求項１４に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１６】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、
前記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半導体材料を含む半導体材料層を形成する第４工程と、
前記半導体材料層上にバッファー層を形成する第５工程と、
前記バッファー層上に所定の光学定数を有する光吸収層を形成する第６工程と、
前記光吸収層に対して波長が６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である所定のレーザー光を照射し、前記光吸収層にレーザー光を吸収させ、前記光吸収層から発生した熱により、バッファー層を介して間接的に前記半導体材料層を結晶化させて結晶質の半導体層を生成する第７工程と、
前記ゲート電極に対応する領域である第１領域とは異なる、前記ゲート電極に対応しない領域である第２領域における前記半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程において、前記光吸収層の前記第２領域での単位体積あたりの発熱量が、前記光吸収層の前記第１領域での単位体積あたりの発熱量よりも大きくなるように前記ゲート絶縁層、前記半導体材料層、前記バッファー層及び前記光吸収層を形成することにより、前記第７工程において、前記所定のレーザー光が照射されることによって発熱した前記第１領域の前記光吸収層から、前記ゲート電極に対して熱伝導して、前記ゲート電極に吸収されている熱分を、第２領域の前記半導体材料層に対して熱拡散することを抑えて蓄熱させた状態にさせ、かつ、発熱している前記第１領域の前記光吸収層において、等しい温度分布を有する部位を形成させて、前記半導体材料層を結晶化させる、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、
前記光吸収層の前記第２領域での単位体積あたりの発熱量が、前記光吸収層の前記第１領域での単位体積あたりの発熱量よりも大きくなるように、
前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚及び前記光吸収層が構成される、
請求項１６に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１８】
前記光吸収層の前記第２領域は、前記第７工程における前記所定のレーザー光の前記基板に対する相対移動方向において、前記第１領域に対して上流領域および下流領域に対応している、
請求項１６に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、
前記第７工程において、前記半導体材料層の前記第２領域における単位体積あたりの発熱量が、前記半導体材料層の前記第１領域における単位体積あたりの発熱量に比べて、前記ゲート電極の単位体積あたりの発熱量以上大きくなるように、構成される、
請求項１６に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、
前記第７工程において、前記光吸収層の前記第１領域に形成される前記等しい温度分布を有する部位における大きさが、前記第１領域に対して０．８以上１．０以下となるように構成される、
請求項１６に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【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装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置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パネルを構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。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】
レーザーアニール手法の１つとして、非晶質シリコン層上にバッファー層として、例えば酸化珪素層を堆積し、さらにバッファー層の上に光吸収層を堆積し、その吸収層に吸収され熱変換されるレーザー光を照射することにより、非晶質シリコンを間接的に加熱する手法がある。以下、この手法をレーザー間接加熱法という。【０００６】
また、レーザー間接加熱法に用いるレーザーとしては、大出力化が可能で、かつ出力の時間安定性が高い赤色、及び近赤外の固定レーザーを用いるのが効果的である。なぜなら、レーザー光の強度に、時間的な変動が存在すると、結晶に均一な温度分布にならず、結晶化によって形成される結晶質シリコン層の結晶性がばらついてしまうが、エキシマレーザーは、エネルギーばらつき（時間的変動）などの問題によって均一な結晶化を図ることが難しいからである。また、固定レーザーは、ガスレーザーであるエキシマレーザーと比較して、メンテナンスコストも低減できるという生産上の利点もあるからである。【０００７】
またレーザー間接加熱法に用いる光吸収層としては、その光学特性が、赤色、及び近赤外の波長、具体的には波長６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の光に対する吸収が大きい特徴を有していることが望ましい。かつ、高温を伴うレーザーアニール結晶化プロセスに耐えうる熱特性も兼ね備えていることが望ましい。【０００８】
そのような特徴を有する光吸収層の一例として、高融点金属であるＭｏやＣｒがある。これらの高融点金属膜は、その消衰係数ｋが一般的に大きい（２以上）ため、安定に成膜でき、かつレーザー照射による加熱に耐えうる（１５００度以上）膜厚では（１０ｎｍ以上）では、入射したレーザー光に対して５％以下の透過率となる。そのため、下地の層構造による多重干渉の影響が無視できるようになり、下地の層構造によらず（例えば、ゲート電極の存在する領域と存在しない領域とで）、光吸収層の吸収率は一定になる。【０００９】
しかし、有機ＥＬパネルを構成する薄膜トランジスタには、特に均一な特性が求められるため、上記のレーザーアニール結晶化法をボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した場合には不都合（問題）が生じてしまう。具体的には、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタでは、シリコンや絶縁膜に比して高い熱伝導率の金属材料でゲート電極が先に形成されて、その後に絶縁層及び非晶質シリコン層が形成される。さらに、形成された非晶質シリコン層上に光吸収層が形成された後、レーザー間接加熱法により、上方の光吸収層にレーザー光を照射して、その発熱により間接的に非晶質シリコン層をアニールして結晶化を行う。その結晶化の際、非晶質シリコン層の結晶化に費やされるはずの熱がゲート電極によって吸収、伝播されてしまい、非晶質シリコン層が十分に結晶化されずに結晶性の低下や不均一化が生じてしまう問題がある。【００１０】
それに対して、ゲート電極の近接領域すなわちチャネル近傍に、ダミーゲートパターンを配置させることにより、ゲート電極及びダミーゲートパターン上方にある非晶質シリコン層におけるそれぞれの熱容量の差を低減させる方法が開示されている（例えば、特許文献１）。また、レーザー光のスキャン上流側にゲート電極を伸長させることにより、伸長させたゲート電極の部分のプリアニール効果を利用して、レーザー光が薄膜トランジスタのゲート電極上方の光吸収層に到達する前に、ゲート電極を熱的に飽和させ、ゲート電極によるシリコン薄膜において発生した熱の吸収を軽減させる方法が開示されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０―２４２０５２号公報
【特許文献２】特開２００７―０３５９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の方法をレーザー間接加熱法に適用する場合、次に述べるような課題がある。すなわち、特許文献１及び文献２に開示の方法では、ゲート電極上方の光吸収層にレーザー光が到達する前にゲート電極を熱的に飽和させる手段として、ゲート電極周辺、及びゲート電極に接触して電極材料を配置する。そのため、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタを用いてより高精細な表示装置を作製する場合には、ゲート電極パターンを密に配置することが困難になるという課題がある。さらに、上記特許文献２に開示の方法では、スキャン方向に対して薄膜トランジスタのチャネル方向が常に平行になるように薄膜トランジスタを配置しなければならないという制約が生じる。これは、表示装置の画素内の回路パターンの設計の自由度を著しく低減させてしまうため、より高精細な表示装置の作製をする場合には、深刻な課題となる。【００１３】
また、非晶質シリコン層の結晶化を、上記のように、光吸収層を用いて行う場合、すなわち、光吸収層に赤色（または近赤外）の波長領域の連続発振（または擬似連続発振）のレーザーを照射・スキャンし、その発熱により間接的に行う場合、エキシマレーザーのスキャンによって行う場合とは異なる問題が生じる。具体的には、上記の結晶化を行うと、非晶質シリコン層における熱拡散長がより大きくなるので、ゲート電極による熱伝導の影響がより顕著になり、結晶化が不十分となる。これを、図１を用いて説明する。図１は、レーザーアニール結晶化法を可視光領域の固体レーザーのスキャンによって行った場合の結晶ムラを示す図である。【００１４】
図１の右図に示すように、結晶ムラは、スキャンの上流側（図中の右方向）に発生しているのがわかる。ここで、図１の左図は、図１の右図の複数のゲートメタルのうちの１つのゲートメタル上の非晶質シリコンに対する結晶化率を示す図である。図１の左図において、例えば結晶化率８０％とは、粒径３０ｎｍ〜４０ｎｍの結晶質シリコンであること表しており、例えば結晶化率４０％とは、粒径１０ｎｍ〜２０ｎｍの結晶質シリコンであること表している。したがって、図１の左図で示すように、結晶化が不十分（均一でない）である場合に結晶ムラが生じることがわかる。【００１５】
このように、レーザー間接加熱法により非晶質シリコン層の結晶化を行う場合、結晶化が不十分となるので、それを用いた薄膜トランジスタの特性の劣化、個々のトランジスタの特性の不均一化を生じてしまう問題がある。【００１６】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、赤色又は近赤外の波長領域のレーザーを用いて、結晶性の安定した結晶シリコン膜を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置、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】
【００１７】
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装置の製造方法は、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シリコン層を積層する第４工程と、前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成する第５工程と、前記バッファー層上に光吸収層を形成する第６工程と、波長が６００ｎｍ以上である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させ、加熱により発生した熱により間接的に前記非晶質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７工程と、前記複数のゲート電極の各々に対応する前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、前記光吸収層の膜厚に前記光吸収層の屈折率を積算した値である前記光吸収層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記バッファー層の膜厚に前記バッファー層の屈折率を積算した値である前記バッファー層の光学膜厚と、前記非晶質シリコン層の膜厚と前記非晶質シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質シリコン層の光学膜厚と、前記ゲート絶縁層の膜厚と前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した前記ゲート絶縁層の光学膜厚とを和算した値を前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、さらに、前記光吸収層の密度をρ、比熱をｃとし、前記ゲート電極の膜厚をｄＧ、密度をρＧ、比熱をｃＧとし、前記ゲート電極の上方の光吸収層と前記ゲート電極の上方にない光吸収層の、前記レーザー光に対するそれぞれの光吸収率が等しいときの前記ゲート電極の吸収率の最大値をＡＧとし、（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）の式にて算出される値をΔＡ’とおいたとき、前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質性シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚は、Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７、Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４、Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９、およびＹ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５の式により区画される範囲に属する前記Ｘ、及び前記Ｙを満たす。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、赤色または近赤外のレーザーを用いて、結晶性の安定した結晶シリコン膜を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、それを用いた表示装置を実現することができる。具体的には、前記シリコン薄膜、ゲート絶縁層、バッファー層、及び、赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光に対して所定の光学特性を有する光吸収層を、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、例えば、ゲート電極のパターン形状等、特に薄膜トランジスタ装置の構造に変更を加えることなく、赤色又は及び近赤外のレーザーを用いたレーザー間接加熱法により、結晶性の安定した結晶シリコン層を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ装置、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】
【００１９】
【図１】図１は、レーザーアニール結晶化法を可視光領域の固体レーザーのスキャンによって行った場合の結晶ムラを示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る表示装置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表示装置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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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表示装置の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５Ｋ】図５Ｋは、本発明の実施の形態に係る表示装置の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５Ｌ】図５Ｌは、本発明の実施の形態に係る表示装置の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Ｓ１５におけるレーザー間接加熱法を模式的に示した図である。
【図７Ａ】図７Ａは、振幅透過率及び振幅透過率の計算方法を説明するための図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、振幅透過率及び振幅透過率の計算方法を説明するための図である。
【図８】図８は、レーザー間接加熱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、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。
【図９】図９は、図８の横軸の値を光吸収層の膜厚に変換した値の例を示す図である。
【図１０】図１０は、図８の縦軸の値を、バッファー層の膜厚に変換した値の例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る表示装置を構成する薄膜トランジスタの構造の別の例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す薄膜トランジスタのゲート絶縁層が酸化珪素（ＳｉＯ）膜と窒化珪素（ＳｉＮ）膜で構成されている場合の、それぞれの膜厚の組を示す図である。
【図１３】図１３は、図８において、バッファー層と光吸収層との好適な膜厚範囲を算出するために用いた図である。
【図１４】図１４は、シミュレーションに用いたモデルを示す図である。
【図１５】図１５は、図８において、本シミュレーションで実施した膜厚条件箇所を示す図である。
【図１６】図１６は、第１領域及び第２領域の非晶質シリコン層表面の最高到達温度の位置依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の実施の形態の構造に対して赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光を用いてレーザー間接加熱結晶化法を行った場合の結晶質シリコン層の結晶性を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、従来の構造に対して赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光を用いてレーザー間接加熱結晶化法を行った場合の結晶質シリコン層の結晶性を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態における効果を説明するための図である。
【図１９】図１９は、本発明の薄膜トランジスタを用い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】
【００２０】
第１の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法は、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シリコン層を積層する第４工程と、前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成する第５工程と、前記バッファー層上に光吸収層を形成する第６工程と、波長が６００ｎｍ以上である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させ、加熱により発生した熱により間接的に前記非晶質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７工程と、前記複数のゲート電極の各々に対応する前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、前記光吸収層の膜厚に前記光吸収層の屈折率を積算した値である前記光吸収層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記バッファー層の膜厚に前記バッファー層の屈折率を積算した値である前記バッファー層の光学膜厚と、前記非晶質シリコン層の膜厚と前記非晶質シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質シリコン層の光学膜厚と、前記ゲート絶縁層の膜厚と前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した前記ゲート絶縁層の光学膜厚とを和算した値を前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、さらに、前記光吸収層の密度をρ、比熱をｃとし、前記ゲート電極の膜厚をｄＧ、密度をρＧ、比熱をｃＧとし、前記ゲート電極の上方の光吸収層と前記ゲート電極の上方にない光吸収層の、前記レーザー光に対するそれぞれの光吸収率が等しいときの前記ゲート電極の吸収率の最大値をＡＧとし、（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）の式にて算出される値をΔＡ’とおいたとき、前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質性シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚は、下記の式１）から式４）により区画される範囲に属する前記Ｘ、及び前記Ｙを満たす。ここで、式１）Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７、式２）Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４、式３）Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９、式４）Ｙ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５。
【００２１】
本態様によれば、ゲート絶縁膜、チャネル層となる非晶質性シリコン層、バッファー層、及び、赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光に対して所定の光学特性を有する光吸収層の膜厚が前記上記条件を満たすことにより、１）前記ゲート電極の上方（以下、第１領域、と記述する）の光吸収層の光吸収率より前記ゲート電極の上方にない（以下、第２領域、と記述する）光吸収層の光吸収率が大きく設定され、且つ、２）前記ゲート電極の上方のシリコン層の発熱温度を、前記非晶質性シリコン層の融点より大きく設定することが可能になる。
【００２２】
従って、先ず、１）の効果より、前記光吸収層の発熱を受けて、前記第２領域の非晶質性シリコン層の発熱は、前記第１領域の非晶質性シリコン層の発熱より大きくなる。これにより、前記レーザー光が照射され始める第１領域の光吸収層の始端部に、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光が到達する前に、前記第２領域上方の光吸収層にて発生する熱が予め前記ゲート電極に伝播され、前記ゲート電極が熱的に飽和した状態となる。
【００２３】
その結果、前記レーザー光が照射され始める前記ゲート電極の始端部から、前記レーザー光が照射され終わる前記ゲート電極の終端部にかけて、前記第１領域の光吸収層より発生した熱が前記ゲート電極により吸収される割合を低減できるので、前記第１領域の非晶質性シリコン層の発熱温度分布をほぼ均一に制御できる。これにより、前記非晶質性シリコン層を結晶化した結晶性シリコン層内に生成される結晶組織をほぼ均一に制御できる。
【００２４】
さらに、２）の効果より、前記第２領域の光吸収層の光吸収率が、前記第１領域の光吸収層の光吸収率より過度に大きい場合、即ち、前記第２領域の光吸収層の発熱が、前記第１領域の光吸収層の発熱より極端に大きくなった場合においても、前記第１領域及び前記第２領域の非晶質性シリコンが溶融し溶融シリコンとなることによって、その熱伝導率が、一般的にゲート電極として用いられる金属の熱伝導率と同程度の値まで増加する。
【００２５】
よって、前記第２領域の溶融したシリコン層より発生した熱は、前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極に伝播するよりも、前記第１領域の溶融したシリコン層へ伝播するようになるので、前記第２領域の溶融したシリコン層より発生した熱が前記ゲート電極へと過度に伝播することは無い。故に、前記ゲート電極の発熱温度の分布が悪化することは無くなるので、前記ゲート電極の発熱温度の分布の悪化に伴う前記第一領域のシリコン層の発熱温度分布の均一性の低下は避けられる。
【００２６】
以上により、上記１）と２）の複合効果により、前記非晶質性シリコン層を結晶化した結晶性シリコン層内に生成される結晶組織の均一性が保持され、その結果、前記レーザー光が照射され始めた前記ゲート電極の始端部に対応する結晶性シリコン層から、前記レーザー光が照射され終わる前記ゲート電極の終端部に対応する結晶性シリコン層にかけて、前記結晶性シリコン層内の結晶率のバラツキが抑制された薄膜トランジスタ装置を実現できる。
【００２７】
第２の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記光吸収層は、前記所定のレーザー光の波長範囲において半透明（消衰係数ｋ＜１）である。
【００２８】
第３の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第７工程後、且つ、前記第８工程前において、少なくとも前記光吸収層を除去する工程を含む。
【００２９】
第４の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第７工程後、且つ、前記第８工程前において、前記バッファー層及び前記光吸収層を除去する工程を含む。
【００３０】
第５の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第６工程において、前記所定のレーザーは、連続発振または擬似連続発振モードの発振モードで前記レーザー光を照射する。
【００３１】
第６の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記所定のレーザーは、固体レーザー装置で構成される。
【００３２】
第７の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法としては、前記所定のレーザーは、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８の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法としては、前記第６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９の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法としては、前記所定のレーザーの波長は、６００ｎｍ〜２０００ｎｍである。
【００３５】
第１０の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第２工程は、前記基板上に酸化シリコン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。
【００３６】
第１１の態様の薄膜トランジスタは、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に対応する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及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非晶質性シリコン層を形成後、前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成し、前記バッファー層上に所定の光学特性を有する光吸収層を形成し、波長が６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層にレーザー光を吸収させ発生した熱により、前記バッファー層を介して間接的に非晶質性シリコン層をアニールし結晶化させて生成され、前記光吸収層の膜厚に前記光吸収層の屈折率を積算した値である前記光吸収層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記バッファー層の膜厚に前記バッファー層の屈折率を積算した値である前記バッファー層の光学膜厚と、前記非晶質シリコン層の膜厚と前記非晶質シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質シリコン層の光学膜厚と、前記ゲート絶縁層の膜厚と前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した前記ゲート絶縁層の光学膜厚とを和算した値を前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、さらに、前記光吸収層の密度をρ、比熱をｃとし、前記ゲート電極の膜厚をｄＧ、密度をρＧ、比熱をｃＧとし、前記ゲート電極の上方の光吸収層と前記ゲート電極の上方にない光吸収層の、前記レーザー光に対するそれぞれの光吸収率が等しいときの前記ゲート電極の吸収率の最大値をＡＧ、とし、（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）の式にて算出される値をΔＡ’とおいたとき、前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質性シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚は、下記の式１）から式４）により区画される範囲に属する前記Ｘ、及び前記Ｙを満たす。ここで、式１）Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７、式２）Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４、式３）Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９、式４）Ｙ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５。
【００３７】
第１２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、前記表示装置は、第１１の態様に記載の薄膜トランジスタを備え、前記薄膜トランジスタは、前記液晶パネルまたはＥＬパネルを駆動させる。
【００３８】
第１３の態様の表示装置として、前記ＥＬパネルは、有機ＥＬパネルである。
【００３９】
第１４の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法は、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シリコン層を積層する第４工程と、前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成する第５工程と、前記バッファー層上に光吸収層を形成する第６工程と、波長が６００ｎｍ以上である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させ、発生した熱により間接的に前記非晶質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７工程と、前記バッファー層及び光吸収層を除去する第８工程と、前記複数のゲート電極の各々に対応する前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する第９工程と、を含み、前記第２工程、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程、及び前記第６工程では、前記第７工程において、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の、前記ゲート電極外の前記所定のレーザーの相対移動方向の上流領域での前記光吸収層の最高到達温度が、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記ゲート電極上の領域での前記非晶質性シリコン層の最高到達温度より高くなるように、且つ、前記ゲート電極上の領域内では、前記所定のレーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記光吸収層の最高到達温度がほぼ一定になるように、構成される。
【００４０】
第１５の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程、前記第６工程及び前記第７工程では、前記第８工程において、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の、前記ゲート電極外の前記所定のレーザー光の相対移動方向の上流領域での前記光吸収層の最高到達温度が、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記ゲート電極上の領域での前記光吸収層の最高到達温度より高くなるように、且つ、前記ゲート電極上の領域内では、前記所定のレーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記光吸収層の最高到達温度がほぼ一定になるように、前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚が構成される。
【００４１】
第１６の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法は、基板を準備する第１工程と、前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、前記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半導体材料を含む半導体材料層を形成する第４工程と、前記半導体材料層上にバッファー層を形成する第５工程と、前記バッファー層上に所定の光学定数を有する光吸収層を形成する第６工程と、前記光吸収層に対して波長が６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である所定のレーザー光を照射し、前記光吸収層にレーザー光を吸収させ、前記光吸収層から発生した熱により、バッファー層を介して間接的に前記半導体材料層を結晶化させて結晶質の半導体層を生成する第７工程と、前記ゲート電極に対応する領域である第１領域とは異なる、前記ゲート電極に対応しない領域である第２領域における前記半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程において、前記光吸収層の前記第２領域での単位体積あたりの発熱量が、前記光吸収層の前記第１領域での単位体積あたりの発熱量よりも大きくなるように前記ゲート絶縁層、前記半導体材料層、前記バッファー層及び前記光吸収層を形成することにより、前記第７工程において、前記所定のレーザー光が照射されることによって発熱した前記第１領域の前記光吸収層から、前記ゲート電極に対して熱伝導して、前記ゲート電極に吸収されている熱分を、第２領域の前記半導体材料層に対して熱拡散することを抑えて蓄熱させた状態にさせ、かつ、発熱している前記第１領域の前記光吸収層において、等しい温度分布を有する部位を形成させて、前記半導体材料層を結晶化させる。
【００４２】
第１７の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、前記光吸収層の前記第２領域での単位体積あたりの発熱量が、前記光吸収層の前記第１領域での単位体積あたりの発熱量よりも大きくなるように、前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚及び前記光吸収層が構成される。
【００４３】
第１８の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記光吸収層の前記第２領域は、前記第７工程における前記所定のレーザー光の前記基板に対する相対移動方向において、前記第１領域に対して上流領域および下流領域に対応している。
【００４４】
第１９の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、前記第７工程において、前記第２領域における単位体積あたりの発熱量が、前記第１領域における単位体積あたりの発熱量に比べて、前記ゲート電極の単位体積あたりの発熱量以上大きくなるように、構成される。
【００４５】
第２０の態様の薄膜トランジスタ装置の製造方法として、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、前記第７工程において、前記光吸収層の前記第１領域に形成される前記等しい温度分布を有する部位における大きさが、前記第１領域に対して０．８以上１．０以下となるように構成される。
【００４６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図２は、本発明の実施の形態に係る有機発光表示装置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。
【００４８】
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１７と、非晶質シリコン層１８と、ｎ＋シリコン層１９と、ソース・ドレイン電極２０とを備える。
【００４９】
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。
【００５０】
アンダーコート層１１は、基板１０上に形成され、例えば窒化珪素（ＳｉＮｘ）層、酸化珪素（ＳｉＯｘ）層、及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。
【００５１】
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１９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。
【００５２】
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、もしくは窒化珪素層の単層構造、または、酸化珪素層及び窒化珪素層の積層構造からなる。ゲート絶縁層１３の膜厚は、単層構造及び積層構造それぞれにおいて、レーザー間接加熱結晶化法により結晶質シリコン層１７を形成する場合に好適な範囲がある。この好適な範囲は、一定の関係式で表現される。この一定の関係式の詳細については、後述する。
【００５３】
結晶質シリコン層１７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１７は、次のように形成される。すなわち、まず、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）を形成後、その非晶質シリコン層１４上に、例えば酸化珪素膜からなるバッファー層１５を堆積する。さらにバッファー層１５上にレーザー光を吸収して発熱する光吸収層１６（例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜）を堆積後、レーザー光により光吸収層を照射加熱する。このように、光吸収層の熱により間接的に非晶質シリコン層１４が加熱されて非晶質シリコン層１４を多結晶質化（微結晶化も含む）することにより結晶質シリコン層１７が形成される。
【００５４】
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。
【００５５】
なお、レーザー照射に用いられるレーザー光源は、可視光領域のうち赤色または近赤外領域の波長のレーザーである。この赤色または近赤外領域の波長のレーザーは、６００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは８００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザーである。
【００５６】
この赤色または近赤外領域の波長領域のレーザーは、連続発振または擬似連続の発振モードであればよい。その理由は、このレーザーが連続発振または擬似連続の発振モード以外の発信モードのパルス発振モードである場合、レーザー光は光吸収層１６に対して時間的に非連続に照射されることになるため、光吸収層１６の発熱状態を時間的に連続的に保持できない。そのため、非晶質シリコン層１４を常時溶融状態に保持することできない。また、擬似連続の発振モードも含まれる理由は、非晶質シリコン層１４がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを光吸収層１６に照射し再加熱させることにより、その溶融状態を維持できるからである。すなわち、擬似連続発振モードの好ましい態様は、非晶質シリコン層１４がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを光吸収層１６に照射し再加熱させることができ、かつ、その高温状態を維持できるものである。また、赤色または近赤外領域の波長領域のレーザーは、固体レーザー装置であってもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置であってもよい。いずれにせよ、レーザー光を精度良く制御できるため好ましい。さらに、結晶ムラのない結晶質シリコン層１７を形成するためには、光吸収層１６上に照射したときの赤色または近赤外領域の波長領域のレーザーは、照射エネルギー密度の変動が５％程度未満であれば好ましい。結晶ムラのない結晶質シリコン層１７を形成することにより、薄膜トランジスタの当初設計特性が達成でき、また、特性の均一化が実現できることとなる。
【００５７】
非晶質シリコン層１８は、結晶質シリコン層１７上に形成されている。なお、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１７に非晶質シリコン層１８が積層された構造のチャネル層を有する。
【００５８】
ｎ＋シリコン層１９は、非晶質シリコン層１８と結晶質シリコン層１７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。
【００５９】
ソース・ドレイン電極２０は、ｎ＋シリコン層１９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。
【００６０】
以上のように薄膜トランジスタ１００は、構成されている。
【００６１】
図３は、本発明の実施の形態に係る表示装置の等価回路を示す図である。
【００６２】
図３に示す有機発光表示装置は、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、有機ＥＬ素子７とを備える。
【００６３】
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。
【００６４】
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と有機ＥＬ素子７とに接続されている。
【００６５】
データ線３は、有機ＥＬ素子７の画素の明暗を決めるデータ（電圧値の大小）が、有機ＥＬ素子７の画素に伝達される配線である。
【００６６】
走査線４は、有機ＥＬ素子７の画素のスイッチ（ＯＮ／ＯＦＦ）を決めるデータが有機ＥＬ素子７の画素に伝達される配線である。
【００６７】
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。
【００６８】
キャパシタンス６は、電圧値（電荷）を一定時間保持する。
【００６９】
以上のようにして有機発光表示装置は構成されている。
【００７０】
次に、上述した薄膜トランジスタ１００の製造方法について説明する。
【００７１】
図４は、本発明の実施の形態に係る有機発光表示装置の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５Ｌは、本発明の実施の形態に係る有機発光表示装置の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図である。図６は、図４のＳ１５におけるレーザー間接加熱法を模式的に示した図である。
【００７２】
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）。
【００７３】
具体的には、基板１０上にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相成長）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。
【００７４】
次に、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）。
【００７５】
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、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）。
【００７６】
次に、非晶質シリコン層１４上に、バッファー層１５を堆積し、堆積したバッファー層１５上に、光吸収層１６を堆積する（Ｓ１４）。
【００７７】
ここで、バッファー層１５は、非晶質シリコン層１４をアニールし結晶化する温度領域（１４００度以上）においても、シリコンと反応しない物質であることが好ましい。このような物質として例えば、酸化珪素、窒化珪素などがある。また、バッファー層１５の堆積は、プラズマＣＶＤ法により、ゲート絶縁層１３及び非晶質シリコン層１４を堆積した後、成膜チャンバーを大気開放することなく、連続的に成膜するのが望ましい。また、バッファー層１５の厚さは例えば、５ｎｍ〜５００ｎｍであり、好ましくは３０ｎｍ〜４００ｎｍである。理由は、５ｎｍ以下の膜厚は制御性が悪く、生産上不都合だからである。また５００ｎｍ以上の膜厚は、レーザー照射にて加熱された光吸収層からの熱の伝わりが悪化し、非晶質シリコン層の結晶化に要する光エネルギーが過剰となってしまうからである。
【００７８】
また、光吸収層１６は、所定の光学特性を有しており、赤色または近赤外領域のレーザー光波長範囲において半透明（消衰係数ｋ＜１）となるよう成膜されることが望ましい。光吸収層１６は、真空蒸着法、またはスパッタ法を用いて成膜される。例えば、スパッタ法を用いた場合、カーボンターゲットを使用し、スパッタガスとしてＡｒ等を用いる。ここで、光吸収層１６の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍである。理由は、１０ｎｍの膜厚ではレーザー光の透過が大きく、光吸収層に吸収されるエネルギーが低下し、光吸収層の発熱が不十分となってしまうためである。また、５００ｎｍの膜厚では、膜自体の応力増大によりクラックの発生確率が高くなってしまい、またクラックが発生した光吸収層にレーザー照射と実施するとアブレーションが起きやすくなり、レーザー間接加熱プロセスには適さないからである。
【００７９】
光吸収層１６は、上記所定の光学特性を有することにより、入射したレーザー光のある割合が下層に透過し、下層膜で多重干渉が生じる。それにより、光吸収層１６の吸収率が、ゲート電極の存在する領域と存在しない領域で差が生じる。言い換えると、上記所定の光学特性を有する光吸収層１６を用いることにより、光吸収層１６におけるゲート電極が存在する領域とゲート電極が存在しない領域との吸収率を制御できる。なお、このような所定の光学特性を有する光吸収層１６は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜で構成される。
【００８０】
以下、ゲート絶縁層１３の膜厚、非晶質シリコン層１４の膜厚、バッファー層１５の膜厚、及び光吸収層１６の膜厚について、説明する。
【００８１】
ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６の膜厚は、以下の（式１）から（式４）により区画される範囲に属するＸ、及びＹを満たすように形成されるのが好ましい。
【００８２】
Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７      （式１）
Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４      （式２）
Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９      （式３）
Ｙ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５      （式４）
【００８３】
ここで、Ｘは光吸収層１６の屈折率に光吸収層１６の膜厚を乗算した光吸収層１６の光学膜厚を所定のレーザー光の波長にて除算した値を表す。一方、Ｙはゲート絶縁層１３の屈折率にゲート絶縁層１３の膜厚を乗算したゲート絶縁層１３の光学膜厚と、非晶質シリコン層１４の屈折率に非晶質シリコン層１４の膜厚を乗算した非晶質シリコン層１４の光学膜厚と、バッファー層１５の屈折率とバッファー層１５の膜厚を乗算したバッファー層１５の光学膜厚とを和算した値を所定のレーザー光の波長にて除算した値を表す。
【００８４】
より具体的には、ゲート電極１２が形成されている領域（以下、第１領域と呼ぶ）の上方の光吸収層１６のレーザー光に対する吸収率をＡ１とし、その吸収率Ａ１を光吸収層１６の膜厚ｄ１で商算（除算）したものを換算吸収率Ａ１’とする。ゲート電極１２が形成されていない領域（以下、第２領域と呼ぶ）の上方の光吸収層１６のレーザー光に対する光吸収率をＡ２とし、その吸収率Ａ２を光吸収層１６の膜厚ｄ２で商算したものを換算吸収率Ａ２’とする。そのとき、その差Ａ１’−Ａ２’は、後述の説明で定義される値−ΔＡ’以下である。すなわち、Ｓ１２、Ｓ１３およびＳ１４において、（式５）という関係式を成立させる膜厚を有するゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６を形成する。
【００８５】
Ａ１’−Ａ２’  ≦−ΔＡ’      （式５）
【００８６】
なお、詳細は後述するため、ここでの説明を省略するが、光吸収層１６の吸収率は、光吸収層１６の膜厚及び光学定数、バッファー層１５の膜厚及び光学定数、非晶質シリコン層１４の膜厚及び光学定数、ゲート絶縁層１３の構成、膜厚及び光学定数、さらに下地のゲート電極１２を形成する金属材料の光学定数及び基板の光学定数をパラメータとして、レーザー光の多重干渉を考慮した光学計算により導かれる。以下、再び製造工程の説明に戻る。
【００８７】
次に、赤色または近赤外領域の波長領域のレーザーにより、光吸収層１６を照射・加熱し、その発熱により非晶質シリコン層１４をアニールすることで結晶質シリコン層１７にする（Ｓ１５）。
【００８８】
具体的には、波長が６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であるレーザーを基板１０に対して一定の方向に相対移動させて、このレーザーから照射されるレーザー光を用いて光吸収層１６を加熱させ、バッファー層１５を介して間接的に非晶質シリコン層１４をアニールし結晶化させて結晶質シリコン層１７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。例えば、５００℃２０分間で、窒素雰囲気中で実施する方法がある。その後、非晶質シリコン層１４をレーザー間接加熱法により、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１７を形成する（図５Ｄ）。
【００８９】
ここで、上記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、赤色または近赤外の波長領域のレーザーである。すなわち、約６００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長のレーザーであり、好ましくは８００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザーである。また、赤色または近赤外の波長領域のレーザーは、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、この波長領域のレーザーは、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、この波長領域のレーザーは、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。
【００９０】
また、Ｓ１５の工程すなわち図５Ｄから図５Ｅ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１７を生成する。レーザー光を非晶質シリコン層１４に照射する方法は、具体的には２つの方法がある。１つは線状に集光されたレーザー光の照射位置は固定され、かつ、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ており、ステージが移動する方法がある。もう１つは、ステージは固定され、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、レーザー光が光吸収層１６に対して相対的に移動しながら照射される。このような方法でレーザー光を照射された光吸収層１６は、レーザー光のエネルギーを吸収して温度上昇する。そして、その熱が、バッファー層１５を介して、非晶質シリコン層１４に伝播し、非晶質シリコン層１４がアニールされ結晶化される。このようにして非晶質シリコン層は結晶質シリコン層１７になる。
【００９１】
次に、光吸収層１６、及びバッファー層１５をエッチングにより除去する。具体的には、ドライエッチング、またはウェットエッチングにより除去する。なお、光吸収層１６、及びバッファー層１５は必ずしも除去する必要はない。光吸収層１６及びバッファー層１５をチャネルエッチストッパ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  Ｓｔｏｐｐｅｒ：ＣＥＳ）として利用してもよいし、光吸収層のみエッチングして、バッファー層をＣＥＳとして利用してもよい。
【００９２】
次に、２層目の非晶質シリコン層１８を形成し（Ｓ１７）、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（Ｓ１８）。
【００９３】
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１８を形成する（図５Ｇ）。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１７および２層目の非晶質シリコン層１８の層）をパターニングし、除去すべき非晶質シリコン層１８と結晶質シリコン層１７とをエッチングにより除去する（図５Ｈ）。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。
【００９４】
次に、ｎ＋シリコン層１９とソース・ドレイン電極２０とを成膜する（Ｓ１９）。
【００９５】
具体的には、プラズマＣＶＤ法により、２層目の非晶質シリコン層１８と結晶質シリコン層１７の側面とゲート絶縁層１３とを覆うようにｎ＋シリコン層１９を成膜する（図５Ｉ）。そして、成膜したｎ＋シリコン層１９上に、スパッタ法によりソース・ドレイン電極２０となる金属が堆積される（図５Ｊ）。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。
【００９６】
次に、ソース・ドレイン電極２０のパターニングを行う（Ｓ２０）。そして、ｎ＋シリコン層１９をエッチングし（Ｓ２１）、その過程で、２層目の非晶質シリコン層１８を一部エッチングする（Ｓ２２）。
【００９７】
具体的には、ソース・ドレイン電極２０をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより形成する（図５Ｋ）。また、ｎ＋シリコン層１９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１８を一部エッチングする（図５Ｌ）。言い換えると、非晶質シリコン層１８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１８を一部残すようにチャネルエッチングされる。
【００９８】
このようにして、薄膜トランジスタ１００は製造される。
【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、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６を、上述した関係式を成立させる膜厚を有するように成膜する。そして、ａ−Ｓｉ膜からなる非晶質シリコン層１４を、レーザー光を光吸収層１６に対して照射・スキャンすることにより生ずる熱によりアニールして結晶化することで、非晶質シリコン層１４をＰｏｌｙ−Ｓｉからなる結晶質シリコン層１７にする。このとき、薄膜トランジスタ１００が形成されるチャネル領域（ゲート電極上の領域）の上方の光吸収層１６にレーザー光が到達する前にゲート電極１２を熱的に飽和させた状態とすることができ、最終的に得るチャネル領域に相当する結晶質シリコン層１７の結晶化を均一に行うことができる。
【０１００】
つまり、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６の膜厚に、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層１７を形成する場合に好適な範囲があるということである。
【０１０１】
以下、このメカニズムについて説明する。
【０１０２】
一般的に、非晶質シリコン層を加熱によりアニールした場合、その到達温度と結晶化後の結晶質シリコン層の結晶度とには相関がある。到達温度が高いほど、結晶化後に形成された結晶質シリコン層の結晶度は大きくなる。そこで、薄膜トランジスタの第１領域（ゲート電極が形成されている領域の上方）における非晶質シリコン層を充分かつ均一に結晶化を図るために、薄膜トランジスタの第１領域における非晶質シリコン層の到達温度の分布を均一にすることが必要となる。
【０１０３】
しかしながら、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタにおいては、非晶質シリコン層の下部にゲート絶縁層を挟んでゲート電極が存在し、かつ、ゲート電極を構成する金属の熱伝導率がゲート絶縁層の熱伝導率に比べて大きい。そのため、レーザー間接加熱法において、非晶質シリコン層の上方にバッファー層を介して形成された光吸収層へレーザー光を照射することによって発生した光吸収層の熱は、非晶質シリコン層を加熱する。また、それと同時に、上記熱は瞬時にゲート絶縁層を介してゲート電極へと伝播してしまう。その結果、ゲート電極が形成されている領域上方の非晶質シリコン層では発熱が不十分となる領域が生じ、その到達温度が不均一となる。このような理由により、図１に示すような結晶化後の結晶質シリコン層の結晶度のムラ（結晶ムラ）が生じる。
【０１０４】
したがって、この結晶ムラが生じてしまう現象を回避するためには、薄膜トランジスタの第１領域上方の光吸収層にレーザー光が到達する前に、後述するように、ゲート電極を熱的に飽和させた状態にするのが望ましい。そこで、本実施の形態では、上述した薄膜トランジスタ１００の構成となるように製造する。すなわち、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層及光吸収層の膜厚を上述したＸおよびＹを満たすように形成する。それにより、ゲート電極１２が形成されていない領域上方（第２領域）の光吸収層１６の発熱をゲート電極１２が形成されている領域上方（第１領域）の光吸収層１６の発熱より大きくすることができる。
【０１０５】
換言すると、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１００の構成となる、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層、及び非晶質シリコン層膜の膜厚を上述したＸおよびＹを満たすように形成する。それにより、まず、レーザー光の照射によりゲート電極１２が形成されていない領域上方（第２領域）の光吸収層１６において発生した熱は、ゲート電極１２が形成されている領域上方（第１領域）の光吸収層１６にレーザー光が到達する前に、バッファー層１５、非晶質シリコン層１４、ゲート絶縁層１３をそれぞれ介して、ゲート電極１２に伝わりゲート電極１２の温度を上昇させる。つまり、ゲート電極１２は、まず、レーザー光が到達する前に予備加熱されることとなる。これは、第２領域にある光吸収層１６にレーザー光が照射されて熱が発生すると、上記構成により、第２領域の温度が、未だレーザー光が到達していない第１領域上方の光吸収層１６の温度より高くなるため、第２領域にある非晶質シリコン層１４に伝播した熱が、さらにゲート絶縁膜を介してゲート電極１２にも伝播し、ゲート電極１２の温度を上昇させるからである。次に、レーザー光が第１領域上方の光吸収層１６に到達すると、第１領域上方の光吸収層１６が発熱し、その熱が非晶質シリコン層１４に伝播する。さらに、第１領域での光吸収層１６の発熱量に対応した熱がゲート電極１２に伝わる（レーザー光による加熱）。ゲート電極１２は、このレーザー光による加熱と上記の予備加熱との両方により加熱されて、ゲート電極１２を熱的に飽和される。ここで、ゲート電極１２を熱的に飽和させるとは、ゲート電極１２の面内でゲート電極１２の温度が均一化されていることを意味する。
【０１０６】
このように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの構成によれば、非晶質シリコン層１４を結晶化する際に、ゲート電極１２を熱的に飽和することができる。それにより、非晶質シリコン層１４を結晶化するためのレーザー光照射による光吸収層の発熱が、ゲート電極１２に吸収されてしまうことなく、結晶質シリコン層１７を形成するために用いられ、結晶ムラのない結晶質シリコン層１７を生成することができるという効果を奏する。
【０１０７】
次に、ΔＡ’の算出方法について説明する。上述したように、ゲート電極１２が形成されている領域上方（第１領域）、及びゲート電極１２が形成されていない領域上方（第２領域）それぞれの光吸収層１６のレーザー光に対する換算吸収率の差が−ΔＡ’以下になることにより、本実施の形態に係る効果が得られる。
【０１０８】
ここで、光吸収層１６で吸収されるレーザー光の光吸収エネルギーの１００％が光吸収層の発熱に寄与すると仮定し、レーザー光の単位面積当たりのエネルギーをエネルギー密度Ｅとする。以下では、ゲート電極１２が形成されている領域上方（第１領域）の光吸収層１６を第１領域の光吸収層１６と呼び、ゲート電極１２が形成されていない領域上方（第２領域）の光吸収層１６を第２領域の光吸収層１６と呼ぶ。また、第１領域の光吸収層１６のレーザー光の波長に対する吸収率をＡ１、レーザー光を吸収したことによる光吸収層１６の発熱量（単位面積当たり）をＱ１とする。第２領域の光吸収層１６のレーザー光の波長に対する吸収率をＡ２、レーザー光を吸収したことによる光吸収層１６の発熱量（単位面積当たり）をＱ２とする。さらに、ゲート電極１２上にゲート絶縁層１３が形成されており、さらにその上に非晶質シリコン層が形成されており、さらにその上にバッファー層が形成されている本構成において、ゲート電極１２のレーザー光吸収率をＡＧ、レーザー光を吸収したことによるゲート電極１２の発熱量（単位面積当たり）をＱＧとする。
【０１０９】
次に、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６を所定の膜厚にすることで、第１領域の光吸収層１６のレーザー光の波長に対する吸収率と第２領域の光吸収層１６のレーザー光の波長に対する吸収率が等しくなる場合を考える。すなわち、Ａ１＝Ａ２が成立する場合を考える。その場合には、Ｑ１＝Ｑ２が成立する。しかし、実際には光吸収層１６を透過した光はゲート電極１２にも吸収されてゲート電極も発熱する（ＱＧ＞０）。そのために第１領域の非晶質シリコン層１４の発熱温度は第２領域の非晶質シリコン層１４の発熱温度より大きくなる。
【０１１０】
以上を鑑みると、第２領域の光吸収層１６の発熱量が第１領域の光吸収層１６の発熱量とゲート電極の発熱量との総和以上であれば、第２領域の非晶質シリコン層１４の発熱温度が第１領域の非晶質シリコン層１４の発熱温度以上になると考えられる。この関係は、（式６）で示すことができる。
【０１１１】
Ｑ１＋ＱＧ≦Ｑ２      （式６）
【０１１２】
そして、この（式６）を変形すると、（式７）のように表すことができる。
【０１１３】
Ｑ１−Ｑ２≦−ＱＧ      （式７）
【０１１４】
ここで、光吸収層１６の膜厚、密度、比熱をそれぞれｄ、ρ、ｃ、ゲート電極の膜厚、密度、比熱をそれぞれｄＧ、ρＧ、ｃＧと定義すると、第１領域の光吸収層１６の発熱量、第２領域の光吸収層１６の発熱量およびゲート電極の発熱量はそれぞれ、以下のように表すことができる。
【０１１５】
Ｑ１＝Ｅ×Ａ１／（ｄ×ρ×ｃ）
Ｑ２＝Ｅ×Ａ２／（ｄ×ρ×ｃ）
ＱＧ＝Ｅ×ＡＧ／（ｄＧ×ρＧ×ｃＧ）
【０１１６】
次に、これらの式を（式７）に代入して整理すると、（式８）のようになる。
【０１１７】
（Ａ１−Ａ２）／ｄ≦−（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）      （式８）
【０１１８】
ここで、吸収率を膜厚で商算したものを換算吸収率と定義し、Ａ１／ｄ＝Ａ１’、Ａ２／ｄ＝Ａ２’と以下では記載する。さらに（式８）の右辺を−ΔＡ’と定義する。すると、（式７）は、Ａ１’−Ａ２’≦−ΔＡ’となり、（式５）が導かれる。
【０１１９】
（式５）は、以下のことを示している。すなわち、第１領域の光吸収層１６の換算吸収率と第２領域の光吸収層１６の換算吸収率との差が−ΔＡ’で定義される値以下になる条件を満足させるようにゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層、及び光吸収層の膜厚を構成すると、第２領域の非晶質シリコン層１４の発熱温度が第１領域の非晶質シリコン層１４の発熱温度以上になる。つまり、この条件を満足させるゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層、及び光吸収層の膜厚が形成されると、例えば赤色の波長領域のレーザーにより非晶質シリコン層の上方にバッファー層を介して形成された光吸収層を照射・スキャンすることにより発生した熱をもって、非晶質シリコン層を間接的にアニールする場合に、結晶化に対するゲート電極１２による熱吸収、伝播の影響を小さくすることができる。そのため、薄膜トランジスタの第１領域における非晶質シリコン層１４の発熱による到達温度の分布を均一にできる。
【０１２０】
なお、本効果を生じせしめるためには、層構造（ゲート電極１２の有無）、及び、層膜厚の変化により、光吸収層１６の吸収率が変化することが必要である。これは、上記所定（赤色または近赤外領域の波長領域）のレーザー光の波長領域において、光吸収層１６が半透明、すなわち消衰係数ｋ＜１であることが必要である。この光学特性により、光吸収層に入射したレーザー光が下層に透過し、下層膜での多重干渉が生じる。よって、層構造や層膜厚の変化により、多重干渉効果が強弱するため、この現象を利用することで、ゲート電極上の光吸収層１６の吸収率とゲート電極１２外の光吸収層の吸収率の差を制御できる。
【０１２１】
逆に、従来のレーザー間接加熱法で多用されていた光吸収層は、ＭｏやＣｒ等の高融点金属である。これら高融点金属は、消衰係数ｋが２以上と大きいため、入射したレーザー光はほとんど下層膜に透過せず、下層膜での多重干渉が起こりえない（もしくは、非常に小さい）。つまり、層構造や層膜厚の変化によらず、光吸収層の吸収率は一定になるので、本発明の効果を生じさせることはできない。
【０１２２】
以上から、上記所定の波長領域を有するレーザー光において、光吸収層１６が半透明であるという光学特性を有するという点が、本発明の効果を生じさせる上で、従来の技術とは異なる。
【０１２３】
以上のように、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６の膜厚を上述した条件を満たすように形成することで、さまざまな波長のレーザー光、ゲート電極の材質と膜厚であっても、結晶ムラのない結晶質シリコン層１７を生成することができる。つまり、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１００の構造に変更を加えることなく、ゲート電極１２上に形成された結晶質シリコン層１７の結晶性のばらつきを低減することができ、安定した結晶化が可能となる。それにより、これを使用した薄膜トランジスタ１００の特性のばらつきを抑え、ＬＣＤやＯＬＥＤなどの表示装置で高精細化が進んでも、その表示品位を向上させることができるという効果を奏する。
【０１２４】
なお、以上の記載では、線状に集光されたレーザー光を用いて非晶質シリコン層１４が結晶化される場合の例を示したが、本願ではこのほかにもスポット状（円形や楕円形その他も含む）のレーザー光を使ってもよい。その場合は、レーザー光を結晶化に適したスキャン方法で実施することが好ましい。
【０１２５】
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の製造方法によれば、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６の膜厚が上述した条件を満たすことにより、第１領域における非晶質シリコン層１４の発熱による到達温度の分布を均一にして、第１領域おける非晶質シリコン層１４を充分かつ均一に結晶化を図ることができる。
【０１２６】
以下、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、及び光吸収層１６の膜厚が満たすべき条件を、実施例に詳細に説明する。
【０１２７】
（実施例）
まず、光吸収層のレーザー光波長に対する吸収率の算出方法について説明する。
【０１２８】
図７Ａ及び図７Ｂは、振幅透過率及び振幅透過率の計算方法を説明するための図である。
【０１２９】
図７Ａ及び図７Ｂ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している。図７Ａに示すモデル構造は、複素屈折率Ｎ１からなる層４０１と、複素屈折率Ｎ２からなる層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からなる層４０５と、複素屈折率Ｎ６からなる基板層４０６とを備える。このモデル構造では、層４０５、層４０４、層４０３、層４０２及び層４０１がこの順に基板層４０６上に積層されたものを示している。なお、図７Ｂに示すモデル構造は、図７Ａの層４０５がない場合のモデル構造を示している。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、例えば空気であり、その場合、屈折率１、消衰係数０である。
【０１３０】
基板層４０６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、例えば屈折率１．４６を有し、図５Ａに示す基板１０に対応する。層４０５は、例えば屈折率３．５５、消衰係数３．８６を有し、膜厚が５０ｎｍのＭｏＷ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４０４は、例えば屈折率１．４６、消衰係数０の酸化珪素（ＳｉＯｘ）で構成されており、図５Ｂに示すゲート絶縁膜１３に対応する。層４０３は、例えば屈折率４．１９、消衰係数０のａ−Ｓｉで構成されており、図５Ｃに示す非晶質シリコン層１４に対応する。層４０２は、例えば屈折率１．４６、消衰係数０の透明膜で構成されており、図５Ｄで示すバッファー層１５に対応する。層４０１は、例えば屈折率１．９、消衰係数０．６のダイヤモンドライクカーボン膜であり、図５Ｄの光吸収層１６に対応する。
【０１３１】
なお、本モデル構造においては、図５Ａに示すアンダーコート層１１に対応する層を省略した。なぜなら、アンダーコート層１１は透明な層であり、レーザー光に対する吸収がない層であるとすれば、その膜厚は本計算結果に影響を与えないからである。よって、以下、アンダーコート層１１に対応する層を省略したモデル構造にて計算を進める。
【０１３２】
図７Ａ及び図７Ｂ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、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、層４０４から層４０５へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ４５、また、層４０４から基板層４０６へ入射される光に対する振幅反射係数をｒ４６としている。さらに、外部から層４０１へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ０１、層４０１から層４０２へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ１２、層４０２から層４０３へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ２３、層４０３から層４０４へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ３４、層４０４から基板層４０６へ入射される光に対する振幅透過係数をｔ４６としている。
【０１３３】
また、ゲート電極１２に対応する層４０５が形成されている領域上方の（第１領域に相当）各層全体の振幅反射係数をそれぞれｒ０１２３４５（Ｒ１）、ｒ１２３４５（Ｒ２）、ｒ２３４５（Ｒ３）、ｒ３４５（Ｒ４）としている。具体的には、層４０５及び層４０４を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ３４５（Ｒ４）としている。同様に、層４０５、層４０４及び層４０３を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ２３４５（Ｒ３）とし、層４０５、層４０４、層４０３及び層４０２を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ１２３４５（Ｒ２）とし、層４０５、層４０４、層４０３、層４０２及び層４０１を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ０１２３４５（Ｒ１）としている。また、第１領域の各層全体の振幅透過係数をそれぞれｔ０１２３４５（Ｔ１）、ｔ１２３４５（Ｔ２）、ｔ２３４５（Ｔ３）、ｔ３４５（Ｔ４）としている。具体的には、層４０５及び層４０４を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ３４５（Ｔ４）としている。同様に、層４０５、層４０４及び層４０３を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ２３４５（Ｔ３）とし、層４０５、層４０４、層４０３及び層４０２を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ１２３４５（Ｔ２）とし、層４０５、層４０４、層４０３、層４０２及び層４０１を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ０１２３４５（Ｔ１）としている。
【０１３４】
次に、図７Ｂに示すように、ゲート電極に対応する層４０５が形成されていない領域上方の（第２領域の）各層全体の振幅反射係数をそれぞれｒ０１２３４６（Ｒ１’）、ｒ１２３４６（Ｒ２’）、ｒ２３４６（Ｒ３’）、ｒ３４６（Ｒ４’）としている。具体的には、基板層４０６及び層４０４を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ３４６（Ｒ４’）としている。同様に、基板層４０６、層４０４、層４０３を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ２３４６（Ｒ３’）とし、基板層４０６、層４０４、層４０３及び層４０２を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ１２３４６（Ｒ２’）とし、基板層４０６、層４０４、層４０３、層４０２及び層４０１を１層とみなしたときの振幅反射係数をｒ０１２３４６（Ｒ１’）としている。また、第２領域の各層全体の振幅透過係数をそれぞれｔ０１２３４６（Ｔ１’）、ｔ１２３４６（Ｔ２’）、ｔ２３４６（Ｔ３’）、ｔ３４６（Ｔ４’）としている。具体的には、基板層４０６、層４０３を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ３４６（Ｔ４’）としている。同様に、基板層４０６、層４０４及び層４０３を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ２３４６（Ｔ３’）とし、基板層４０６、層４０４、層４０３及び層４０２を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ１２３４６（Ｔ２’）、基板層４０６、層４０４、層４０３、層４０２及び層４０１を１層とみなしたときの振幅透過係数をｔ０１２３４６（Ｔ１’）としている。
【０１３５】
そして、第１領域の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の（式９）〜（式１６）で表すことができる。
【０１３６】
【数１】
2013069045.tif 000003
【０１３７】
【数２】
2013069045.tif 000004
【０１３８】
【数３】
2013069045.tif 000005
【０１３９】
【数４】
2013069045.tif 000006
【０１４０】
【数５】
2013069045.tif 000007
【０１４１】
【数６】
2013069045.tif 000008
【０１４２】
【数７】
2013069045.tif 000009
【０１４３】
【数８】
2013069045.tif 000010
【０１４４】
また、第２領域の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の（式１７）〜（式２４）で表すことができる。
【０１４５】
【数９】
2013069045.tif 000011
【０１４６】
【数１０】
2013069045.tif 000012
【０１４７】
【数１１】
2013069045.tif 000013
【０１４８】
【数１２】
2013069045.tif 000014
【０１４９】
【数１３】
2013069045.tif 000015
【０１５０】
【数１４】
2013069045.tif 000016
【０１５１】
【数１５】
2013069045.tif 000017
【０１５２】
【数１６】
2013069045.tif 000018
【０１５３】
ここで、
【数１７】
2013069045.tif 000019
【数１８】
2013069045.tif 000020
【数１９】
2013069045.tif 000021
【数２０】
2013069045.tif 000022
であり、ｄは各層の膜厚、θは各層での入射角・透過角、λはレーザー光の波長である。
【０１５４】
また、θは下式のスネルの法則より以下に示す通りに算出できる。
【０１５５】
【数２１】
2013069045.tif 000023
【０１５６】
また、各層それぞれの振幅反射係数ｒ０１、ｒ１２、ｒ２３、ｒ３４、ｒ３５及び振幅透過係数ｔ０１、ｔ１２、ｔ１２、ｔ３４、ｔ３５は下記の（式２５）〜（式３６）を用いて算出できる。
【０１５７】
【数２２】
2013069045.tif 000024
【０１５８】
【数２３】
2013069045.tif 000025
【０１５９】
【数２４】
2013069045.tif 000026
【０１６０】
【数２５】
2013069045.tif 000027
【０１６１】
【数２６】
2013069045.tif 000028
【０１６２】
【数２７】
2013069045.tif 000029
【０１６３】
【数２８】
2013069045.tif 000030
【０１６４】
【数２９】
2013069045.tif 000031
【０１６５】
【数３０】
2013069045.tif 000032
【０１６６】
【数３１】
2013069045.tif 000033
【０１６７】
【数３２】
2013069045.tif 000034
【０１６８】
【数３３】
2013069045.tif 000035
【０１６９】
なお、ここでレーザー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。
【０１７０】
次に、以上の式を用いて、次のようにして第１領域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、ｒ３４５を、（式１２）に（式２８）及び（式２９）を代入することにより算出する。次いで、ｒ２３４５を、（式１１）に（式２７）及びｒ３４５を代入することにより算出する。次いで、ｒ１２３４５を、（式１０）に（式２６）及びｒ２３４５を代入することにより算出する。次いで、ｒ０１２３４５を、（式９）に（式２５）及びｒ１２３４５を代入することにより算出する。次いで、ｔ３４５を、（式１６）に（式２８）、（式２９）、（式３４）及び（式３５）を代入することにより算出する。次いで、ｔ２３４５を、（式１５）に（式２７）、（式３３）、ｒ３４５及びｔ３４５を代入することにより算出する。次いで、ｔ１２３４５を、（式１４）に（式２６）、（式３２）、ｒ２３４５及びｔ２３４５を代入することにより算出する。次いで、ｔ０１２３４５を、（式１３）に（式２５）、（式３１）、ｒ１２３４５及びｔ１２３４５を代入することにより算出する。
【０１７１】
さらに、次のようにして第２領域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、ｒ３４６を、（式２０）に（式２８）及び（式３０）を代入することにより算出する。次いで、ｒ２３４６を、（式１９）に（式２７）及びｒ３４６を代入することにより算出する。次いで、ｒ１２３４６を、（式１８）に（式２６）及びｒ２３４６を代入することにより算出する。次いで、ｒ０１２３４６を、（式１７）に（式２５）及びｒ１２３４６を代入することにより算出する。次いで、ｔ３４６を、（式２４）に（式２８）、（式３０）、（式３４）、及び（式３６）を代入することにより算出する。次いで、ｔ２３４６を、（式２３）に（式２７）、（式３３）、ｒ３４６及びｔ３４６を代入することにより算出する。次いで、ｔ１２３４６を、（式２２）に（式２６）、（式３２）、ｒ２３４６及びｔ２３４６を代入することにより算出する。
【０１７２】
次いで、ｔ０１２３４６を、（式２１）に（式２５）、（式３１）、ｒ１２３４６及びｔ１２３４６を代入することにより算出する。
【０１７３】
次に、第１領域における各層での反射率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４、透過率Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４を（式３７）〜（式４４）により算出する。
【０１７４】
【数３４】
2013069045.tif 000036
【０１７５】
【数３５】
2013069045.tif 000037
【０１７６】
【数３６】
2013069045.tif 000038
【０１７７】
【数３７】
2013069045.tif 000039
【０１７８】
【数３８】
2013069045.tif 000040
【０１７９】
【数３９】
2013069045.tif 000041
【０１８０】
【数４０】
2013069045.tif 000042
【０１８１】
【数４１】
2013069045.tif 000043
【０１８２】
さらに、第２領域における各層での反射率Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’及びＲ４’、透過率Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’及びＴ４’を（式４５）〜（式５２）により算出する。
【０１８３】
【数４２】
2013069045.tif 000044
【０１８４】
【数４３】
2013069045.tif 000045
【０１８５】
【数４４】
2013069045.tif 000046
【０１８６】
【数４５】
2013069045.tif 000047
【０１８７】
【数４６】
2013069045.tif 000048
【０１８８】
【数４７】
2013069045.tif 000049
【０１８９】
【数４８】
2013069045.tif 000050
【０１９０】
【数４９】
2013069045.tif 000051
【０１９１】
最後に、（式５３）によって、第１領域の光吸収層の光吸収率Ａ１を算出することができる。
【０１９２】
【数５０】
2013069045.tif 000052
【０１９３】
また、（式５４）によって、第２領域の光吸収層の光吸収率Ａ２を算出することができる。
【０１９４】
【数５１】
2013069045.tif 000053
【０１９５】
以上より、光吸収層の膜厚ｄを用いて、第１領域の光吸収層の換算吸収率Ａ１’（Ａ１’＝Ａ１／ｄ）から第２領域の光吸収層の換算吸収率Ａ２’ （Ａ２’＝Ａ２／ｄ）を減算した値ΔＡ’＝Ａ１’−Ａ２’（換算吸収率差）を算出することができる。
【０１９６】
次に、上述した計算方法を用いて、図７Ａ及び図７Ｂ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（６００ｎｍ≦λ≦２０００ｎｍ）のレーザー光（赤色または近赤外の波長領域のレーザー光）を入射した場合に、第１領域及び第２領域の光吸収層のレーザー光に対する換算吸収率を算出し、その差を計算した。また、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。
【０１９７】
図８は、レーザー間接加熱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、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層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８は、図７Ａ及び図７Ｂに示すモデル構造を用いて、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５、光吸収層１６の膜厚をそれぞれ変化させた場合の、第１領域及び第２領域の光吸収層１６の換算吸収率差ΔＡ’＝Ａ１’−Ａ２’の計算結果を示す等高線図である。
【０１９８】
ここで、横軸（Ｘ）は、光吸収層１６の屈折率に光吸収層１６の膜厚を乗算した光吸収層１６の光学膜厚を所定のレーザー光の波長にて除算した値を表す。また、縦軸（Ｙ）は、ゲート絶縁層１３の屈折率にゲート絶縁層１３の膜厚を乗算したゲート絶縁膜１３の光学膜厚と、非晶質シリコン層１４の屈折率に非晶質シリコン層１４の膜厚を乗算した非晶質シリコン層１４の光学膜厚と、バッファー層１５の屈折率とバッファー層１５の膜厚を乗算したバッファー層１５の光学膜厚とを和算した値を所定のレーザー光の波長にて除算した値を表す。
【０１９９】
例えば、λ＝８０８ｎｍのときの光吸収層１６の屈折率を用いると、図８の横軸の値を光吸収層の膜厚に変換することができる。例えば、図９は、図８の横軸の値を光吸収層の膜厚に変換した値を示す図である。図９には、λ＝８０８ｎｍのとき及びλ＝１０６４ｎｍのとき、図８の横軸の値を非晶質シリコン層の膜厚に変換した値を示している。
【０２００】
また、例えばλ＝８０８ｎｍのとき、図８の縦軸の値からゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４及びバッファー層１５の膜厚に変換することができる。図１０は、例えば、ゲート絶縁層（酸化珪素膜）の膜厚が１２５ｎｍ、非晶質シリコン層の膜厚が１００ｎｍの場合のλ＝８０８ｎｍのとき及びλ＝１０６４ｎｍのとき、図８の縦軸の値をバッファー層の膜厚に変換した値である。このように、ゲート絶縁層の膜厚及び光学定数、非晶質シリコン層の膜厚及び光学定数を用いることにより、図８の縦軸をバッファー層１５の膜厚に変換できる。
【０２０１】
このように、ゲート絶縁層、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層の膜厚、光学特性、また、ゲート絶縁層の構成が変化しても、図８の縦軸Ｘ、横軸Ｙの値を変換することにより、レーザー間接加熱法により結晶質シリコン層を形成する場合における、ゲート絶縁層、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層の好適な膜厚範囲を計算できる。
【０２０２】
なお、例えばゲート絶縁層１３が積層構造の場合でも、上記同様に、積層膜を構成するそれぞれの絶縁膜の屈折率と膜厚の積（光学膜厚）を和算した値を、そのゲート絶縁膜の光学膜厚として用いることにより、図８の縦軸をバッファー層１５の膜厚に変換できる。
【０２０３】
図１１は、本発明の実施の形態に係る表示装置を構成する薄膜トランジスタの構造の別の例を示す断面図である。図１２は、図１１に示す薄膜トランジスタのゲート絶縁層が酸化珪素膜と窒化珪素膜で構成されている場合の、それぞれの膜厚の組を示す図である。
【０２０４】
図１１に示す薄膜トランジスタ２００は、ゲート絶縁層２３が上層絶縁膜２３ａ及び下層絶縁膜２３ｂにより構成されている。ここで、例えば上層絶縁膜２３ａが屈折率１．４６を有する酸化珪素（ＳｉＯ）膜、下層絶縁膜２３ｂが屈折率１．９２を有する窒化珪素（ＳｉＮ）膜であるとする。このとき、これらの絶縁膜による積層構造のゲート絶縁層２３が、例えば膜厚１２５ｎｍの酸化珪素膜単層にて構成されているゲート絶縁層１３と等しい光学定数を有している場合の、上層絶縁層２３ａの酸化珪素膜の膜厚、及び下層絶縁層２３ｂの窒化珪素膜の膜厚の組は図１２のようになる（レーザー光波長λが６００ｎｍから２０００ｎｍの範囲にて）。
【０２０５】
なお、ゲート絶縁膜にＳｉＮ膜を含めると、絶縁基板である、例えばガラスからのアルカリ金属などの不純物をブロックすることができるため、ＴＦＴ特性や信頼性に影響を与えない手段として有効である。
【０２０６】
図８において、−ΔＡ’で表される等高線の線上及び内側領域は、第１領域及び第２領域の光吸収層１６の換算吸収率差Ａ１’−Ａ２’が−ΔＡ’以下になる領域であることを示している。換言すると、図８の点線で示される曲線は、換算吸収率差が−０．０００１８の等高線を示している。つまり、この曲線上、及びその内側領域の換算吸収率差は−０．０００１８以下である。また、この領域は、非晶質シリコン層１４及びゲート絶縁層１３の膜厚と、それらの光学定数と、ゲート電極１２及び基板１０の光学定数とから上述した式（計算方法）により算出される。そして、算出された第１領域及び第２領域の非晶質シリコン層１４の換算吸収率差Ａ１’−Ａ２’が−ΔＡ’以下になる条件を満たすとき、薄膜トランジスタ１００の第１領域における光吸収層１６の発熱による到達温度の分布を均一できる。それにより、第１領域おける非晶質シリコン層１４は充分かつ均一に結晶化されて結晶質シリコン層１７になる。
【０２０７】
図１３は、図８において、ゲート絶縁層、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層との好適な膜厚範囲を算出するために用いた図である。
【０２０８】
図１３において、光吸収層１６の光学膜厚をレーザー光の波長で商算したものをＸ、ゲート絶縁層１３の光学膜厚と非晶質シリコン層の光学膜厚とバッファー層の光学膜厚の和をレーザー光の波長で商算したものをＹとおいている。なお、これらのＸとＹは上述したものと同じである。そして、これらＸとＹとを用いて、−ΔＡ’で表される等高線の線上及び内側領域を数式で近似する。すなわち、Ｌ１〜Ｌ４で示される集合の積
【数５２】
2013069045.tif 000054
で表すことができる。なお、Ｌ１〜Ｌ４は、以下のように表すことができるが、これらはそれぞれ上述した（式１）〜（式４）に相当する。
【０２０９】
Ｌ１：Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７
Ｌ２：Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４
Ｌ３：Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９
Ｌ４：Ｙ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５
【０２１０】
なお、ΔＡ’は、上述したように、ΔＡ’＝（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）で表される。ここで、ρ、ｃはそれぞれ光吸収層１６の密度、及び比熱であり、ｄＧ、ρＧ、ｃＧはそれぞれゲート電極の膜厚、密度、及び比熱である。
【０２１１】
次に、具体例として、波長８０８ｎｍの赤色レーザー光を、図７Ａ及び図７Ｂのモデル構造上方から垂直に照射した場合を考える。ここで光吸収層１６の密度を１８００（ｋｇ／ｍ３）、比熱を９７０（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））とする。また、ゲート電極１２を膜厚５０ｎｍのＭｏＷとし、その密度を１１７２０（ｋｇ／ｍ３）、比熱を２２６．４（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））とする。このとき、第１領域の光吸収層１６のレーザー光の波長に対する吸収率と第２領域の光吸収層のレーザー光の波長に対する吸収率とが等しくなる、すなわち、Ａ１＝Ａ２が成立するとする。そして、Ａ１＝Ａ２が成立するときのゲート絶縁層、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層の膜厚と、上述の光学計算式（式９）〜（式５４）と用いてゲート電極の吸収率の最大値ＡＧを計算する。その結果、ＡＧは０．２５と計算され、そこからΔＡ’が０．０００１８と算出される。なお、ＡＧは、ＡＧ＝Ｔ１×Ｔ２×Ｔ３×Ｔ４×（１−ＲＧ）の関係式から計算される。ここでＲＧは酸化珪素膜を媒質とした場合のゲート電極１２の反射率であり、ＲＧ＝｛（ｎＳｉＯ−ｎＧ）２＋ｋＧ２｝／｛（ｎＳｉＯ＋ｎＧ）２＋ｋＧ２｝と計算される。また、酸化珪素の屈折率ｎＳｉＯ、ゲート電極の屈折率ｎＧ、ゲート電極の消衰係数ｋＧとしている。以上のように、ΔＡ’が０．０００１８と算出される。この値を用いて、上記のＬ１〜Ｌ４で示される集合の積
【数５２】
2013069045.tif 000055
で表す範囲が決定される。
【０２１２】
次に、λ＝８０８ｎｍの赤色レーザー光を、図７Ａ及び図７Ｂで示されるモデルに対して垂直に照射しスキャンしたときの、光吸収層からの発生した熱を受けて温度上昇した非晶質シリコン層１４表面の最高到達温度の位置依存性のシミュレーションを実施した。図１４に、シミュレーションに用いたモデルを示す。本モデルは、図１４に示すように、基板層４０６と、ゲート電極１２に対応層４０５と、ゲート絶縁層１３に対応する層４０４と、非晶質シリコン層１４に対応する層４０３と、バッファー層１５に対応する層４０２及び光吸収層１６に対応する層４０１とで構成されている。本モデルにおいて、ゲート電極１２に対応する層４０５のレーザースキャン方向の長さは３０μｍとし、光吸収層１６に対応する層４０１およびゲート電極１２に対応する層４０５の物性値として、上述した値を用いた。
【０２１３】
図１５は、図８において、本シミュレーションで実施した膜厚条件箇所を示す図である。ここで、縦軸（Ｘ）及び横軸（Ｙ）は、図８に示す縦軸（Ｘ）及び横軸（Ｙ）をλ＝８０８ｎｍの時のそれぞれの膜の光学定数を用いて変換してある。本シミュレ−ションで用いたモデルにおいて、ゲート絶縁層１３は酸化珪素（ＳｉＯ）膜でありその膜厚は１２５ｎｍと仮定した。また非晶質シリコン層１４の膜厚は１００ｎｍを仮定した。図１５に示す星（☆）が付された１〜８（星１〜星８）の点の箇所は、本シミュレーションで実施したバッファー層１５と光吸収層１６の膜厚条件を示している。また、星１、星２、星３、星４における換算吸収率差Ａ１’−Ａ２’は−ΔＡ’（＝−０．０００１８）より小さく、星５、星６、星７、星８における換算吸収率差はＡ１’−Ａ２’は−ΔＡ’より大きい。つまり、星１、星２、星３、星４、は、図１３の点線内側領域に存在している。
【０２１４】
図１６は、第１領域及び第２領域の非晶質シリコン層表面の最高到達温度の位置依存性のシミュレーション結果を示す図である。横軸は、位置座標を示しており、縦軸は、非晶質シリコン層１４表面の最高到達温度を示している。非晶質シリコン層１４は、レーザー光を吸収して発熱した光吸収層から熱を受けて、温度上昇する。また、図１６は、図１５に示す星１〜星８の箇所における膜厚条件のシミュレーション結果を示している。図１６に示すように、星１〜星４の箇所における膜厚条件においては、非晶質シリコン層１４表面の最高到達温度を示す曲線がゲート電極１２上の第１領域で平坦であるのに対して、星５〜星８の箇所における膜厚条件においては、非晶質シリコン層１４表面の最高到達温度を示す曲線がゲート電極１２上の第１領域で平坦でない。
【０２１５】
以上のシミュレーション結果によれば、−ΔＡ’で表される等高線の線上及びその内側の領域の第１領域及び第２領域の非晶質シリコン層１４の換算吸収率差Ａ１’−Ａ２’を非晶質シリコン層１４の膜厚及びゲート絶縁層１３の膜厚が満たすとき、薄膜トランジスタ１００の第１領域における非晶質シリコン層１４の発熱による到達温度の分布を均一できることがわかる。それにより、薄膜トランジスタ１００の第１領域おける非晶質シリコン層１４を充分かつ均一に結晶化した結晶質シリコン層１７を生成することが可能となる。
【０２１６】
総括すると、非晶質シリコン層の上部に、バッファー層及び光吸収層を形成し、光吸収層にレーザー光を照射し光吸収層を加熱させ、発生した熱によりバッファー層を介して間接的に非晶質シリコン層を結晶化するレーザー間接加熱結晶化プロセスがある。通常、このレーザー間接加熱結晶化プロセスにおいて、非晶質シリコン層の下部にゲート絶縁層を介してゲート電極が存在する場合、ゲート電極の熱吸収、熱伝播の影響により、ゲート電極上方の非晶質シリコン層の発熱が不十分かつ不均一になり、形成された結晶質シリコン層の結晶度にバラツキを生じさせる。それに対して、上述した膜厚範囲でゲート絶縁層、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層を形成すると、レーザー間接加熱結晶化プロセスにおいて、ゲート電極の熱吸収、熱伝播の影響を抑えて、結晶化を行える。そのため、非晶質シリコン層とその下地膜であるゲート絶縁層とを備える薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）では、均質な薄膜トランジスタの特性を実現できることとなる。図１７Ａは、本発明の実施の形態の構造に対して赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光を用いてレーザー間接加熱結晶化法を行った場合の結晶質シリコン層の結晶性を示す図である。図１７Ｂは、比較として、従来の構造に対して赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光を用いてレーザー間接加熱結晶化法を行った場合の結晶質シリコン層の結晶性を示す図である。図１７Ａ及び図１７Ｂでは、単位時間当たりのレーザー光のエネルギー密度１００ＫＷ／ｃｍ２で、レーザースキャンのスピードを６００ｍｍ／ｓとした場合の例を示している。従来の構造では、５０ｎｍ結晶粒径で結晶化されている領域と、５０ｎｍ未満の結晶粒径で結晶化されている領域に分かれている、すなわち、結晶性にムラがある。それに対して、本発明の実施の形態の構造では、５０ｎｍの結晶粒径で均一に結晶化されているのがわかる。図１７Ｂに示される結晶性のムラは、ゲート電極上の非晶質シリコン層の最高到達温度のムラを表す。本実施の形態の構造に対してレーザー間接加熱結晶化プロセスを行った場合、ゲート電極上の非晶質シリコン層の到達温度は面内で均一にでき、得られる結晶性シリコン層の結晶性も均一になる。
【０２１７】
図１８は、本発明の実施の形態における効果を説明するための図である。つまり、図１８は、ゲート電極１２を熱的に飽和させる手段として、ゲート電極１２以外の領域に着目し、ゲート電極１２上方に無い（第２領域の）光吸収層１６の発熱を利用していることを示している。具体的には、ゲート絶縁層１３、非晶質シリコン層１４、バッファー層１５及び光吸収層１６の膜厚を適切な範囲におくことで、ゲート電極１２の有無による光の干渉効果の差を利用し、１）ゲート電極１２上方の光吸収層１６の光吸収率より、ゲート電極１２上方にない光吸収層１６の光吸収率が大きくなるように、すなわち、レーザーアニールを施した際、ゲート電極１２上方（第１領域）の光吸収層１６の発熱より、ゲート電極１２上方にない（第２領域の）光吸収層１６の発熱が大きくなるように設定でき、かつ、２）ゲート電極１２上方（第１領域）の非晶質シリコン層１４の発熱温度がシリコンの融点以上になるように設定できる。
【０２１８】
そして、１）と設定できることにより、第２領域の光吸収層１６から発生した熱を、バッファー層１５、非晶質シリコン層１４及びゲート絶縁層１３を介して、ゲート電極１２に吸収、伝播させることができる。これにより、レーザー光がゲート電極１２上（第１領域）の光吸収層１６を照射する前に、予めゲート電極１２を熱的に飽和することができるので、ゲート電極１２上の（第１領域の）非晶質シリコン層１４の結晶化において、ゲート電極１２の熱吸収・伝播の影響を低減することができる。さらに、２）と設定できることにより、ゲート電極１２上方にない（第２領域の）光吸収層の光吸収率が、ゲート電極１２上方の光吸収層１６の光吸収率より過渡に大きい場合、すなわち、ゲート電極１２上方にない（第２領域の）光吸収層１６の発熱が、ゲート電極１２上方の（第１領域の）光吸収層１６の発熱より極端に大きくなった場合においても、ゲート電極１２上方の（第１領域の）光吸収層１６とゲート電極１２上方にない（第２領域の）光吸収層１６との双方の領域における非晶質シリコン層１４が溶融することにより溶融シリコン層となり、その熱伝導率が、一般的にゲート電極１２として用いられる金属の熱伝導率と同程度の値まで増加する。
【０２１９】
従って、ゲート電極１２上方にない（第２領域の）溶融シリコン層へ伝導した熱は、主にゲート電極１２上方の（第１領域の）溶融したシリコン層へ伝播するようになるので、ゲート絶縁層１３を介してゲート電極１２に過度に伝播ことは無い。それゆえに、ゲート電極１２の温度分布が悪化することなく、その上方の（第１領域の）非晶質シリコン層１４の発熱温度分布に影響を与えない。
【０２２０】
よって、上記の１）と２）の複合的効果より、ゲート電極１２上方の（第１領域の）非晶質シリコン層１４の温度分布を均一に維持できるので、その際に得られる結晶質シリコン層１７内に生成される結晶組織の均一性を保つことができるという効果を奏する。
【０２２１】
以上、本発明によれば、赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光を用いて、結晶性の安定した結晶シリコン膜を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、それを用いた表示装置を実現することができる。具体的には、ゲート絶縁層、非晶質シリコン層、バッファー層及び光吸収層、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、例えば、ゲート電極のパターン形状等、特に薄膜トランジスタの構造に変更を加えることなく、赤色及び近赤外の波長領域のレーザー光を用いて、結晶性の安定した結晶シリコン層を形成することができる薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、それを用いた表示装置を実現することができる。
【０２２２】
さらに、図１９に示す表示装置に、本発明の薄膜トランジスタを用いた場合には、均質なＴＦＴ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。
【０２２３】
なお、本発明によれば、例えば、ゲート電極のパターン形状等、特に薄膜トランジスタの構造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が従来の技術より優れているといえる。
【０２２４】
以上、本発明の薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、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】
【０２２５】
本発明は、薄膜トランジスタ装置の製造方法、薄膜トランジスタ、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、非晶質シリコン膜の下部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が存在する場合において、ゲート電極の熱吸収、熱伝播の影響を抑えて、安定した結晶化を行えるため、均質なＴＦＴ特性を備え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】
【０２２６】
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    有機ＥＬ素子
１０    基板
１１    アンダーコート層
１２    ゲート電極
１３、２３    ゲート絶縁層
２３ａ    酸化珪素層
２３ｂ    窒化珪素層
１４、１８    非晶質シリコン層
１５    バッファー層
１６    光吸収層
１７    結晶質シリコン層
１９    ｎ＋シリコン層
２０    ソース・ドレイン電極
１００、２００    薄膜トランジスタ
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５    層
４０６    基板層
【図１】
2013069045.tif 000056
【図２】
2013069045.tif 000057
【図３】
2013069045.tif 000058
【図４】
2013069045.tif 000059
【図５Ａ】
2013069045.tif 000060
【図５Ｂ】
2013069045.tif 000061
【図５Ｃ】
2013069045.tif 000062
【図５Ｄ】
2013069045.tif 000063
【図５Ｅ】
2013069045.tif 000064
【図５Ｆ】
2013069045.tif 000065
【図５Ｇ】
2013069045.tif 000066
【図５Ｈ】
2013069045.tif 000067
【図５Ｉ】
2013069045.tif 000068
【図５Ｊ】
2013069045.tif 000069
【図５Ｋ】
2013069045.tif 000070
【図５Ｌ】
2013069045.tif 000071
【図６】
2013069045.tif 000072
【図７Ａ】
2013069045.tif 000073
【図７Ｂ】
2013069045.tif 000074
【図８】
2013069045.tif 000075
【図９】
2013069045.tif 000076
【図１０】
2013069045.tif 000077
【図１１】
2013069045.tif 000078
【図１２】
2013069045.tif 000079
【図１３】
2013069045.tif 000080
【図１４】
2013069045.tif 000081
【図１５】
2013069045.tif 000082
【図１６】
2013069045.tif 000083
【図１７Ａ】
2013069045.tif 000084
【図１７Ｂ】
2013069045.tif 000085
【図１８】
2013069045.tif 000086
【図１９】
2013069045.tif 000087
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月16日(2012.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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シリコン層を積層する第４工程と、
前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成する第５工程と、
前記バッファー層上に光吸収層を形成する第６工程と、
波長が６００ｎｍ以上である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させ、加熱により発生した熱により間接的に前記非晶質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７工程と、
前記複数のゲート電極の各々に対応する前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、
前記光吸収層の膜厚に前記光吸収層の屈折率を積算した値である前記光吸収層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記バッファー層の膜厚に前記バッファー層の屈折率を積算した値である前記バッファー層の光学膜厚と、前記非晶質シリコン層の膜厚と前記非晶質シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質シリコン層の光学膜厚と、前記ゲート絶縁層の膜厚と前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した前記ゲート絶縁層の光学膜厚とを和算した値を前記レーザー光の波長で除算した値をＹとし、
さらに、前記光吸収層の密度をρ、比熱をｃとし、前記ゲート電極の膜厚をｄＧ、密度をρＧ、比熱をｃＧとし、
前記ゲート電極の上方の光吸収層と前記ゲート電極の上方にない光吸収層の、前記レーザー光に対するそれぞれの光吸収率が等しいときの前記ゲート電極の吸収率の最大値をＡＧとし、
（ＡＧ／ｄＧ）×（ρ×ｃ）／（ρＧ×ｃＧ）の式にて算出される値をΔＡ’とおいたとき、
前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質性シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚は、下記の式１）から式４）により区画される範囲に属する前記Ｘ、及び前記Ｙを満たす、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
式１）Ｙ≦−１．０６Ｘ−０．２２ΔＡ’＋１．０７
式２）Ｙ≧１．２９Ｘ＋１．６１＊ΔＡ’＋１．４４
式３）Ｙ≧１．０６Ｘ＋０．３３ΔＡ’＋０．８９
式４）Ｙ≦１．２９Ｘ＋−０．９７＊ΔＡ’−０．９５
【請求項２】
前記光吸収層は、前記所定のレーザー光の波長範囲において半透明（消衰係数ｋ＜１）である、
請求項１に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項３】
前記第７工程後、且つ、前記第８工程前において、
少なくとも前記光吸収層を除去する工程を含む、
請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項４】
前記第７工程後、且つ、前記第８工程前において、
前記バッファー層及び前記光吸収層を除去する工程を含む、
請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項５】
前記第６工程において、前記所定のレーザーは、連続発振または擬似連続発振モードの発振モードで前記レーザー光を照射する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項６】
前記所定のレーザーは、固体レーザー装置で構成される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項７】
前記所定のレーザーは、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１〜４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８】
前記第６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１〜７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９】
前記所定のレーザーの波長は、６００ｎｍ〜２０００ｎｍ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装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程は、前記基板上に酸化シリコン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１〜９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１１】
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シリコン層を積層する第４工程と、
前記非晶質シリコン層上にバッファー層を形成する第５工程と、
前記バッファー層上に光吸収層を形成する第６工程と、
波長が６００ｎｍ以上である所定のレーザーを前記基板に対して一定の方向に相対移動させて、前記所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて前記光吸収層を加熱させ、加熱により発生した熱により間接的に前記非晶質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７工程と、
前記複数のゲート電極の各々に対応する前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、
前記第２工程、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程、及び前記第６工程では、前記第７工程において、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の、前記ゲート電極外の前記所定のレーザーの相対移動方向の上流領域での前記光吸収層の最高到達温度が、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記ゲート電極上の領域での前記非晶質性シリコン層の最高到達温度より高くなるように、且つ、前記ゲート電極上の領域内では、前記所定のレーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記光吸収層の最高到達温度がほぼ一定になるように、構成される、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２工程、前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、
前記第７工程において、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の、前記ゲート電極外の前記所定のレーザー光の相対移動方向の上流領域での前記光吸収層の最高到達温度が、前記レーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記ゲート電極上の領域での前記光吸収層の最高到達温度より高くなるように、且つ、前記ゲート電極上の領域内では、前記所定のレーザー光を用いて前記光吸収層を照射した際の前記光吸収層の最高到達温度がほぼ一定になるように、
前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚、及び、前記光吸収層の膜厚が構成される、
請求項１１に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１３】
基板を準備する第１工程と、
前記基板上にゲート電極を形成する第２工程と、
前記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半導体材料を含む半導体材料層を形成する第４工程と、
前記半導体材料層上にバッファー層を形成する第５工程と、
前記バッファー層上に所定の光学定数を有する光吸収層を形成する第６工程と、
前記光吸収層に対して波長が６００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である所定のレーザー光を照射し、前記光吸収層にレーザー光を吸収させ、前記光吸収層から発生した熱により、バッファー層を介して間接的に前記半導体材料層を結晶化させて結晶質の半導体層を生成する第７工程と、
前記ゲート電極に対応する領域である第１領域とは異なる、前記ゲート電極に対応しない領域である第２領域における前記半導体層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する第８工程と、を含み、
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程において、前記光吸収層の前記第２領域での単位体積あたりの発熱量が、前記光吸収層の前記第１領域での単位体積あたりの発熱量よりも大きくなるように前記ゲート絶縁層、前記半導体材料層、前記バッファー層及び前記光吸収層を形成することにより、前記第７工程において、前記所定のレーザー光が照射されることによって発熱した前記第１領域の前記光吸収層から、前記ゲート電極に対して熱伝導して、前記ゲート電極に吸収されている熱分を、第２領域の前記半導体材料層に対して熱拡散することを抑えて蓄熱させた状態にさせ、かつ、発熱している前記第１領域の前記光吸収層において、等しい温度分布を有する部位を形成させて、前記半導体材料層を結晶化させる、
薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、
前記光吸収層の前記第２領域での単位体積あたりの発熱量が、前記光吸収層の前記第１領域での単位体積あたりの発熱量よりも大きくなるように、
前記ゲート絶縁層の膜厚、前記非晶質シリコン層の膜厚、前記バッファー層の膜厚及び前記光吸収層が構成される、
請求項１３に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記光吸収層の前記第２領域は、前記第７工程における前記所定のレーザー光の前記基板に対する相対移動方向において、前記第１領域に対して上流領域および下流領域に対応している、
請求項１３に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、
前記第７工程において、前記半導体材料層の前記第２領域における単位体積あたりの発熱量が、前記半導体材料層の前記第１領域における単位体積あたりの発熱量に比べて、前記ゲート電極の単位体積あたりの発熱量以上大きくなるように、構成される、
請求項１３に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第３工程、前記第４工程、前記第５工程及び前記第６工程では、
前記第７工程において、前記光吸収層の前記第１領域に形成される前記等しい温度分布を有する部位における大きさが、前記第１領域に対して０．８以上１．０以下となるように構成される、
請求項１３に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
【国際調査報告】
2013069045.tif 000088
2013069045.tif 000089
2013069045.tif 000090
2013069045.tif 000091