(57)【要約】  基板（１）を準備する第１工程と、基板（１）上に複数のゲート電極（３ａ，３ｂ）を形成する第２工程と、複数のゲート電極（３ａ，３ｂ）上にゲート絶縁層（６）を形成する第３工程と、ゲート絶縁層（６）上に非晶質性シリコン層を形成する第４工程と、波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光をゲート電極（３ａ，３ｂ）の上方の領域における非晶質性シリコン層に照射することにより、ゲート電極（３ａ，３ｂ）の上方の領域に結晶性シリコン層領域（７ａ’，７ｂ’）を形成するとともに、ゲート電極（３ａ，３ｂ）の上方以外の領域に非晶質性シリコン層領域（１２’）を形成する第５工程と、結晶性シリコン層領域（７ａ’，７ｂ’）の上方にソース電極及びドレイン電極を形成する第６工程と、を含む。ゲート絶縁層（６）の膜厚及び非晶質性シリコン層の膜厚は、所定の関係式を満たすように構成される。
2013080248.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、
波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射することにより、前記ゲート電極の上方の領域における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領域を形成する第５工程と、
前記結晶性シリコン層領域の上方にソース電極及びドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、
前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、
前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値である
薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７
式２）Ｙ≦０．６９
式３）Ｙ≧０．３３
式４）Ｘ≦０．８５
式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００
【請求項２】
前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率（％）をｘとし、
前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率が２３．２（％）である場合に、前記非晶質性シリコン層を結晶化させて前記結晶性シリコン層領域を形成するのに必要な前記レーザー光のエネルギー密度を１としたときの相対値をｙとしたとき、
前記ｘ及び前記ｙは、下記の式６）、式７）及び式８）で規定される範囲を満たす数値である
請求項１に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式６）２０≦ｘ≦５０
式７）ｙ≧４２．９ｘ−１．１９
式８）ｙ≦―０．００４１ｘ＋１．４５
【請求項３】
前記第５工程において、前記ゲート電極の上方以外の領域には非晶質性シリコン層領域を形成し、
前記非晶質性シリコン層領域には、微結晶シリコンが含まれる
請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項４】
前記非晶質性シリコン層領域には、さらに、非晶質性シリコンが含まれる
請求項３に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項５】
前記第５工程において、前記ゲート電極の上方以外の領域には非晶質性シリコン層領域を形成し、
前記非晶質性シリコン層領域には、非晶質性シリコンが含まれる
請求項１又は２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５工程において、前記レーザー光源は、連続発振モード又は擬似連続発振モードで前記レーザー光を照射する
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】
前記レーザー光の波長に対する、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の消衰係数は０．０１以下である
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。
【請求項８】
前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜である
請求項１〜７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項９】
前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層は、窒化珪素膜である
請求項１〜７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
【請求項１０】
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、
前記複数のゲート電極の各々に対応する前記ゲート絶縁層の上方の領域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の上方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した後に、波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射させることにより、前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層を結晶化させて形成され、
前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、
前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値である
薄膜トランジスタアレイ。
式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７
式２）Ｙ≦０．６９
式３）Ｙ≧０．３３
式４）Ｘ≦０．８５
式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００
【請求項１１】
表示パネルと、
請求項１０に記載の薄膜トランジスタアレイと、を備え、
前記薄膜トランジスタアレイは、前記表示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及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイに代わる次世代のフラットパネルディスプレイの一つとして、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用した有機ＥＬディスプレイが注目されている。有機ＥＬディスプレイ等のアクティブマトリクス方式の表示装置には、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子がマトリクス状に配置された薄膜トランジスタアレイが用いられる。【０００３】
この薄膜トランジスタアレイとしては、ゲート電極がシリコン層よりも基板側に形成されたボトムゲート型の薄膜トランジスタアレイが一般的に用いられる。図１０は、従来の薄膜トランジスタアレイの製造方法におけるレーザーアニール法を模式的に示す斜視図である。従来の薄膜トランジスタアレイ５００は、次のようにして製造される（例えば、特許文献１及び２参照）。【０００４】
まず、基板５１を準備し（第１工程）、基板５１上にアンダーコート層５２を形成する。次に、アンダーコート層５２上に複数のゲート電極５３ａ，５３ｂを形成する（第２工程）。続いて、複数のゲート電極５３ａ，５３ｂ上に、ゲート絶縁層５６を形成する（第３工程）。このゲート絶縁層５６は、窒化珪素膜５４及び酸化珪素膜５５を積層することによって形成される。例えば、窒化珪素膜５４の膜厚は約６５ｎｍ、酸化珪素膜５５の膜厚は約８５ｎｍである。その後、ゲート絶縁層５６上にアモルファスシリコン（非晶質性シリコン）で構成された非晶質性シリコン層５７を形成する（第４工程）。例えば、非晶質性シリコン層５７の膜厚は約４５ｎｍである。さらにその後、レーザーアニール法によりポリシリコン（多結晶シリコン）で構成された結晶性シリコン層５８を形成する（第５工程）。このレーザーアニール法では、図１０に示すように、レーザー光源（図示せず）を基板５１に対して所定方向に相対的に移動させ、レーザー光を非晶質性シリコン層５７の全域に照射する。これにより、レーザー光に基づく熱によって非晶質性シリコン層５７の全域が結晶化され、結晶性シリコン層５８が形成される。その後、複数のゲート電極５３ａ，５３ｂに対応する結晶性シリコン層５８の上方の領域に、ソース電極（図示せず）及びドレイン電極（図示せず）を形成する（第６工程）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１００８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の薄膜トランジスタアレイの製造方法では、次のような問題が生じる。図１１は、従来の薄膜トランジスタアレイの製造方法において、非晶質性シリコン層に対してレーザー光を照射した状態を示す平面図である。図１１において斜線が施された部分は、非晶質性シリコン層が結晶化されることにより結晶性シリコン層が形成された領域を示している。図１１において、領域６１は、ゲート電極の上方の領域であり、領域６２は、ゲート電極の上方以外の領域である。図１１に示すように、第５工程では、領域６１及び領域６２、即ち、非晶質性シリコン層の全域が結晶化されることにより、結晶性シリコン層が形成される。【０００７】
しかしながら、第５工程において、非晶質性シリコン層の全域が結晶化されることにより、レーザー光に基づく熱がゲート絶縁層を通して基板の全域に伝達される。これにより、基板に大きな熱的負荷が作用することによって、基板にクラック又は反りが生じるおそれがある。また、非晶質性シリコン層の全域が結晶化される際に、結晶性シリコン層には大きな応力が発生する。この応力が基板に伝達されることによっても、基板にクラック又は反りが生じるおそれがある。【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、その目的は、基板のクラック又は反りを抑制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及び表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射することにより、前記ゲート電極の上方の領域における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領域を形成する第５工程と、前記結晶性シリコン層領域の上方にソース電極及びドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値である。ここで、式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７、式２）Ｙ≦０．６９、式３）Ｙ≧０．３３、式４）Ｘ≦０．８５、式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタアレイでは、非晶質性シリコン層が局所的に結晶化されることにより、レーザー光に基づく熱がゲート絶縁層を通して基板に局所的に伝達される。これにより、基板に作用する熱的負荷を小さく抑えることができるので、基板にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。また、非晶質性シリコン層が結晶化される際に発生する応力を小さく抑えることができるので、このことによっても、基板にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１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構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｊ】図２Ｊ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｋ】図２Ｋ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製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｌ】図２Ｌ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製造方法を説明するための断面図である。
【図３】図３は、図２Ｆにおけるレーザーアニール法を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、レーザーアニール法により結晶性シリコン層領域を形成する際に、第３工程で形成されるゲート絶縁層及び第４工程で形成される非晶質性シリコン層にそれぞれ好適な膜厚の範囲が存在することを説明するための図である。
【図５Ａ】図５Ａは、ゲート電極の上方の領域における、第４工程で形成された非晶質性シリコン層のレーザー光の吸収率を示す分布図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ゲート電極の上方以外の領域における、第４工程で形成された非晶質性シリコン層のレーザー光の吸収率を示す分布図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、ゲート電極の上方の領域における非晶質性シリコン層のレーザー光の吸収率と、ゲート電極の上方以外の領域における非晶質性シリコン層のレーザー光の吸収率との差分を示す分布図である。
【図６】図６は、第４工程で形成された非晶質性シリコン層のレーザー光の吸収率と、レーザー光のエネルギー密度の相対値との関係を示す図である。
【図７】図７は、第４工程で形成された非晶質性シリコン層に対してレーザー光を照射した状態を示す平面図である。
【図８】図８は、非晶質性シリコン層に対するレーザー光の照射面積と基板の反り量との関係を示す図である。
【図９】図９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用いた表示装置を示す図である。
【図１０】図１０は、従来の薄膜トランジスタアレイの製造方法におけるレーザーアニール法を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１１は、従来の薄膜トランジスタアレイの製造方法において、非晶質性シリコン層に対してレーザー光を照射した状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様は、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、波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射することにより、前記ゲート電極の上方の領域における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領域を形成する第５工程と、前記結晶性シリコン層領域の上方にソース電極及びドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値である。ここで、式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７、式２）Ｙ≦０．６９、式３）Ｙ≧０．３３、式４）Ｘ≦０．８５、式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００である。
【００１３】
本態様によれば、非晶質性シリコン層が局所的に結晶化されることにより、レーザー光に基づく熱がゲート絶縁層を通して基板に局所的に伝達される。これにより、基板に作用する熱的負荷を小さく抑えることができるので、基板にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。また、非晶質性シリコン層が結晶化される際に発生する応力を小さく抑えることができるので、このことによっても、基板にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率（％）をｘとし、前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率が２３．２（％）である場合に、前記非晶質性シリコン層を結晶化させて前記結晶性シリコン層領域を形成するのに必要な前記レーザー光のエネルギー密度を１としたときの相対値をｙとしたとき、前記ｘ及び前記ｙは、下記の式６）、式７）及び式８）で規定される範囲を満たす数値である。ここで、式６）２０≦ｘ≦５０、式７）ｙ≧４２．９ｘ−１．１９、式８）ｙ≦―０．００４１ｘ＋１．４５である。
【００１５】
本態様によれば、レーザー光の照射によって、結晶性シリコン層領域を安定して形成することができる。
【００１６】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記第５工程において、前記ゲート電極の上方以外の領域には非晶質性シリコン層領域を形成し、前記非晶質性シリコン層領域には、微結晶シリコンが含まれることが好ましい。
【００１７】
本態様によれば、非晶質性シリコン層領域に微結晶シリコンが含まれることによって、基板に作用する応力を非晶質性シリコン層領域によって緩和することができる。
【００１８】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記非晶質性シリコン層領域には、さらに、非晶質性シリコンが含まれることが好ましい。
【００１９】
本態様によれば、非晶質性シリコン層領域にアモルファスシリコンがさらに含まれることによって、基板に作用する応力を非晶質性シリコン層領域によってより効果的に緩和することができる。
【００２０】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記第５工程において、前記ゲート電極の上方以外の領域には非晶質性シリコン層領域を形成し、前記非晶質性シリコン層領域には、非晶質性シリコンが含まれることが好ましい。
【００２１】
本態様によれば、非晶質性シリコン層領域にアモルファスシリコンが含まれることによって、基板に作用する応力を非晶質性シリコン層領域によって効果的に緩和することができる。
【００２２】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記第５工程において、前記レーザー光源は、連続発振モード又は擬似連続発振モードで前記レーザー光を照射することが好ましい。
【００２３】
本態様によれば、連続発振モード又は擬似連続発振モードでレーザー光を照射することにより、非晶質性シリコン層を溶融状態に保持することができる。
【００２４】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記レーザー光の波長に対する、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の消衰係数は０．０１以下であることが好ましい。
【００２５】
本態様によれば、レーザー光の波長に対するゲート絶縁層の消衰係数を０．０１以下とすることにより、レーザー光はゲート絶縁層にほとんど吸収されないので、レーザー光の熱がゲート絶縁層内において発生するのを抑制することができる。これにより、ゲート電極の上方以外の領域において、レーザー光の熱が基板に伝達されるのを効果的に抑制することができる。
【００２６】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜であることが好ましい。
【００２７】
本態様によれば、ゲート絶縁層を酸化珪素膜によって形成することができる。
【００２８】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの製造方法の一態様において、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層は、窒化珪素膜であることが好ましい。
【００２９】
本態様によれば、ゲート絶縁層を窒化珪素膜によって形成することができる。
【００３０】
また、本発明に係る薄膜トランジスタアレイの一態様は、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、前記複数のゲート電極の各々に対応する前記ゲート絶縁層の上方の領域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の上方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した後に、波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射させることにより、前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層を結晶化させて形成され、前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値である。ここで、式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７、式２）Ｙ≦０．６９、式３）Ｙ≧０．３３、式４）Ｘ≦０．８５、式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００である。
【００３１】
本態様によれば、非晶質性シリコン層が局所的に結晶化されることにより、レーザー光に基づく熱がゲート絶縁層を通して基板に局所的に伝達される。これにより、基板に作用する熱的負荷を小さく抑えることができるので、基板にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。また、非晶質性シリコン層が結晶化される際に発生する応力を小さく抑えることができるので、このことによっても、基板にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。
【００３２】
また、本発明に係る表示装置の一態様は、表示パネルと、請求項１０に記載の薄膜トランジスタアレイと、を備え、前記薄膜トランジスタアレイは、前記表示パネルを駆動させる。
【００３３】
本態様によれば、基板にクラック又は反りが生じるのを抑制することができ、高品質の表示装置を実現することができる。
【００３４】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態に係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及び表示装置について、図面を参照しながら説明する。本発明は、請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【００３５】
図１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構成を示す断面図である。  図１に示すように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイ２００は、複数の薄膜トランジスタ素子１００ａ，１００ｂがマトリクス状に配置されることにより構成されている。なお、理解を容易にするために、図１では、２つの薄膜トランジスタ素子１００ａ，１００ｂのみが図示されている。
【００３６】
薄膜トランジスタ素子１００ａ，１００ｂはそれぞれ、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ素子である。薄膜トランジスタ素子１００ａ，１００ｂは同じ構成であるので、以下、薄膜トランジスタ素子１００ａの構成について説明する。薄膜トランジスタ素子１００ａは、基板１、アンダーコート層２、ゲート電極３ａ、ゲート絶縁層６、結晶性シリコン層７ａ、非晶質性シリコン層８ａ、コンタクト層９ａ、ソース電極１０Ｓａ及びドレイン電極１０Ｄａを備えている。
【００３７】
基板１は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス及び高耐熱性ガラス等のガラス材料で構成されるガラス基板である。
【００３８】
アンダーコート層２は、基板１上に形成されている。このアンダーコート層２は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯｙ）及びシリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）等で構成される。アンダーコート層２は、基板１中に含まれるナトリウム及びリン等の不純物が結晶性シリコン層７ａに侵入することを防止する機能を有する。また、このアンダーコート層２は、レーザーアニール法等の高温熱処理プロセスにおいて、基板１に対する熱の影響を緩和させる機能をも有する。
【００３９】
ゲート電極３ａは、アンダーコート層２上に所定形状でパターン形成される。ゲート電極３ａは、導電性材料及びその合金等の単層構造又は多層構造とすることができ、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）及びモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等で構成することができる。
【００４０】
ゲート絶縁層６は、ゲート電極３ａ上を覆うようにして、アンダーコート層２上に形成されている。本実施の形態では、ゲート絶縁層６は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で構成される窒化珪素膜４と、酸化珪素（ＳｉＯ２）で構成される酸化珪素膜５との積層膜で構成されている。
【００４１】
結晶性シリコン層７ａは、ゲート電極３ａに対応するゲート絶縁層６上の領域に形成されている。この結晶性シリコン層７ａは、ポリシリコンで構成されている。なお、この結晶性シリコン層７ａは、後述するように、レーザー光を非晶質性シリコン層１２に照射して、非晶質性シリコン層１２を結晶化させることにより形成される。
【００４２】
非晶質性シリコン層８ａは、結晶性シリコン層７ａ上に形成されている。この非晶質性シリコン層８ａは、アモルファスシリコンで構成されている。本実施の形態の薄膜トランジスタ素子１００ａは、結晶性シリコン層７ａと非晶質性シリコン層８ａとが積層されることにより構成された２層構造のチャネル層を有している。このチャネル層は、ゲート電極３ａの電圧によってキャリアの移動が制御される層である。
【００４３】
コンタクト層９ａは、結晶性シリコン層７ａ及び非晶質性シリコン層８ａの側面とゲート絶縁層６の上面とを覆うようにして形成されている。コンタクト層９ａは、不純物を高濃度に含む非晶質半導体膜で構成されている。コンタクト層９ａは、例えば、アモルファスシリコンに不純物としてリン（Ｐ）をドーピングしたｎ型半導体膜によって構成することができ、１×１０１９ａｔｍ／ｃｍ３以上の高濃度の不純物を含むｎ＋層である。
【００４４】
ソース電極１０Ｓａ及びドレイン電極１０Ｄａは、コンタクト層９ａ上に形成されている。ソース電極１０Ｓａ及びドレイン電極１０Ｄａは、間隔を置いて且つ相互に対向して配置されている。ソース電極１０Ｓａ及びドレイン電極１０Ｄａは、導電性材料及びその合金等の単層構造又は多層構造とすることができ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）等で構成される。
【００４５】
薄膜トランジスタ素子１００ｂは、薄膜トランジスタ素子１００ａと同様に、基板１、アンダーコート層２、ゲート電極３ｂ、ゲート絶縁層６、結晶性シリコン層７ｂ、非晶質性シリコン層８ｂ、コンタクト層９ｂ、ソース電極１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄｂを備えている。
【００４６】
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイ２００の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｌを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｌは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイ２００の製造方法を説明するための断面図である。
【００４７】
まず、図２Ａに示すように、ガラス基板で構成される基板１を準備する（第１工程）。次に、図２Ｂに示すように、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって、基板１上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びシリコン酸窒化膜等で構成されるアンダーコート層２を形成する。
【００４８】
続いて、図２Ｃに示すように、アンダーコート層２上に複数のゲート電極３ａ，３ｂを形成する（第２工程）。この第２工程においては、例えば、アンダーコート層２上にモリブデンタングステン（ＭｏＷ）で構成されるゲート金属膜をスパッタによって成膜した後に、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いてゲート金属膜をパターニングすることにより、所定形状のゲート電極３ａ，３ｂを形成することができる。モリブデンタングステン（ＭｏＷ）のウェットエッチングは、例えば、リン酸（ＨＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）及び水を所定の配合で混合した薬液を用いて行うことができる。
【００４９】
その後、図２Ｄに示すように、複数のゲート電極３ａ，３ｂ及びアンダーコート層２を覆うようにして、ゲート絶縁層６を形成する（第３工程）。この第３工程においては、まず、プラズマＣＶＤ等によって、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で構成される窒化珪素膜４を複数のゲート電極３ａ，３ｂ及びアンダーコート層２を覆うようにして成膜する。その後、プラズマＣＶＤ等によって、酸化珪素（ＳｉＯ２）で構成される酸化珪素膜５を窒化珪素膜４上に成膜する。酸化珪素膜５は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）及び亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）を所定の濃度比で導入することにより成膜することができる。なお、本実施の形態では、窒化珪素膜４の膜厚は約８０ｎｍ、酸化珪素膜５の膜厚は約７５ｎｍに構成されている。なお、レーザー光の波長に対するゲート絶縁層６の消衰係数は０．０１以下であるのが好ましい。これにより、ゲート絶縁層６は、レーザー光をほとんど吸収しない透明な層となる。
【００５０】
その後、図２Ｅに示すように、ゲート絶縁層６上に非晶質性シリコン層１２を形成する（第４工程）。この第４工程では、プラズマＣＶＤ等によって、アモルファスシリコンで構成される非晶質性シリコン層１２を成膜する。なお、非晶質性シリコン層１２は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）及び水素ガス（Ｈ２）を所定の濃度比で導入することにより成膜することができる。なお、本実施の形態では、非晶質性シリコン層１２の膜厚は約６５ｎｍに構成されている。
【００５１】
続いて、図２Ｆに示すように、レーザーアニール法によって、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２を結晶化させて、結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’を形成する（第５工程）。この第５工程においては、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２に対して脱水素処理を行った後に、レーザーアニール法によって、非晶質性シリコン層１２の全域に対してレーザー光源１３からのレーザー光を照射する。このレーザーアニール法では、基板１が搭載されたステージ（図示せず）の位置が固定された状態で、レーザー光源１３が基板１に対して所定方向に相対的に移動することにより、線状に集光されたレーザー光が、非晶質性シリコン層１２の全域に対して走査しながら照射される。或いは、レーザー光源１３の位置が固定された状態で、基板１が搭載されたステージがレーザー光源１３に対して所定方向に相対的に移動するように構成することもできる。本実施の形態では、レーザーアニール法で用いられるレーザー光は、４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下の波長を有する緑色のレーザー光である。
【００５２】
なお、レーザー光は、連続発振モード又は擬似連続発振モードで照射されることが好ましい。その理由として、連続発振モード又は擬似連続発振モードでレーザー光を照射することにより、非晶質性シリコン層１２を溶融状態に保持することができるためである。なお、上記発振モード以外の発振モード、例えばパルス発振モードでレーザー光が照射される場合には、非晶質性シリコン層１２にレーザー光が非連続的に照射されるため、非晶質性シリコン層１２を溶融状態に保持することが難しい。なお、レーザー光源１３は、固体レーザー装置、或いは、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成することができる。
【００５３】
本実施の形態では、第３工程で形成されたゲート絶縁層６の膜厚及び第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２の膜厚は、後述する所定の関係式（式１〜式５）を満たすように構成されている。これにより、後述するように、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率は、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率よりも大きくなる。そのため、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域においては、レーザー光が非晶質性シリコン層１２に吸収されて非晶質性シリコン層１２内を多重反射するので、この領域における非晶質性シリコン層１２はレーザー光の熱に基づいて結晶化される。一方、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域においては、レーザー光が非晶質性シリコン層１２に吸収されずに非晶質性シリコン層１２を透過するので、この領域における非晶質性シリコン層１２は結晶化されない。従って、図３に示すように、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域には、ポリシリコンで構成される結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’が形成され、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域には、アモルファスシリコンで構成される非晶質性シリコン層領域１２’が形成される。
【００５４】
ここで、第３工程で形成されたゲート絶縁層６の膜厚及び第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２の膜厚が満たすべき所定の関係式（式１〜式５）について説明する。所定の関係式を表現するための変数Ｘ，Ｙをそれぞれ次のように定義する。まず、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２の膜厚に非晶質性シリコン層１２の屈折率を積算した値である非晶質性シリコン層１２の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をＸとする。次に、窒化珪素膜４の膜厚に窒化珪素膜４の屈折率を積算した値である窒化珪素膜４の光学膜厚と、酸化珪素膜５の膜厚に酸化珪素膜５の屈折率を積算した値である酸化珪素膜５の光学膜厚とを和算する。そして、この和算により得られた値をレーザー光の波長で除算した値をＹとする。
【００５５】
このようにして定義されたＸ，Ｙを用いて、ゲート絶縁層６及び非晶質性シリコン層１２の好適な膜厚の範囲を定める。具体的には、ゲート絶縁層６の膜厚及び非晶質性シリコン層１２の膜厚は、下記の式１〜式５で規定される範囲に属するＸ，Ｙを満たすように構成される。
【００５６】
Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７    （式１）
Ｙ≦０．６９    （式２）
Ｙ≧０．３３    （式３）
Ｘ≦０．８５    （式４）
Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００    （式５）
【００５７】
図４は、レーザーアニール法により結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’を形成する際に、ゲート絶縁層６及び非晶質性シリコン層１２にそれぞれ好適な膜厚の範囲が存在することを説明するための図である。図４において、横軸は上記Ｘを表し、縦軸は上記Ｙを表している。図４は、上記Ｘ，Ｙの大きさに対して、非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率の差分（具体的には、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率と、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率との差分）がどのように分布しているかを示している。
【００５８】
図４において破線で囲まれた領域は、レーザー光の吸収率の差分が０より大きい（即ち、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率が、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率よりも大きい）領域であり、上記式１〜式５は、この領域内に属するＸ，Ｙを表す数式である。従って、ゲート絶縁層６の膜厚及び非晶質性シリコン層１２の膜厚をそれぞれ、式１〜式５で規定される範囲に属するＸ，Ｙを満たすように構成することにより、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率は、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率よりも大きくなる。これにより、第５工程において非晶質性シリコン層１２にレーザー光を照射した際に、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域に結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’が形成され、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域に非晶質性シリコン層領域１２’が形成される。
【００５９】
上述した図４の分布図は、図５Ａ〜図５Ｃの各分布図に基づいて得ることができる。図５Ａは、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率を示す分布図である。図５Ｂは、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域における、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率を示す分布図である。図５Ｃは、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率と、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率との差分を示す分布図である。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、横軸は、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２の膜厚の実寸値を表し、縦軸は、第３工程で形成されたゲート絶縁層６の膜厚の実寸値を表している。
【００６０】
図５Ａ及び図５Ｂは、ゲート絶縁層６の膜厚及び非晶質性シリコン層１２の膜厚に対して、非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率がどのように分布しているかを示している。図５Ｃは、ゲート絶縁層６の膜厚及び非晶質性シリコン層１２の膜厚に対して、非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率の差分（具体的には、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率と、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域における非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率との差分）がどのように分布しているかを示している。
【００６１】
図５Ａに示されるレーザー光の吸収率と図５Ｂに示されるレーザー光の吸収率とを比較することにより、図５Ａに示されるレーザー光の吸収率が図５Ｂに示されるレーザー光の吸収率よりも大きくなるようなゲート絶縁層６の膜厚及び非晶質性シリコン層１２の膜厚の範囲を求めると、図５Ａ〜図５Ｃにおいて破線で囲まれた領域となる。この領域は、図４において破線で囲まれた領域に対応している。なお、図５Ｃにおける横軸及び縦軸の膜厚をそれぞれ光学換算することにより、図４の分布図が得られる。
【００６２】
また、第５工程において、結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’を安定して形成するために、レーザー光のエネルギー密度は、所定の関係式（式６〜式８）を満たすことが好ましい。図６は、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率と、レーザー光のエネルギー密度の相対値との関係を示す図である。図６において、横軸（ｘ軸）は、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２のレーザ光の吸収率（％）を表している。縦軸（ｙ軸）は、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率が２３．２（％）である場合に、非晶質性シリコン層１２を結晶化させて結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’を形成するのに少なくとも必要なレーザー光のエネルギー密度を１としたときの相対値を表している。このとき、非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率及びレーザー光のエネルギー密度は、下記の式６、式７及び式８で規定される範囲に属するｘ，ｙを満たすように構成されることが好ましい。
【００６３】
２０≦ｘ≦５０    （式６）
ｙ≧４２．９ｘ−１．１９    （式７）
ｙ≦−０．００４１ｘ＋１．４５    （式８）
【００６４】
図６において、上側のグラフは式８を表し、下側のグラフは式７を表している。非晶質性シリコン層１２のレーザー光の吸収率及びレーザー光のエネルギー密度が、下記の式６、式７及び式８で規定される範囲に属するｘ，ｙを満たすように構成されることによって、結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’を安定して形成することができる。なお、ｙの値が式７で規定される範囲よりも小さい場合には、レーザー光のエネルギー密度が低下し過ぎてしまい、非晶質性シリコン層１２を結晶化することができない。ｙの値が式８で規定される範囲よりも大きい場合には、レーザー光のエネルギー密度が増大し過ぎてしまい、非晶質性シリコン層１２がレーザー光によって損傷されるおそれがある。
【００６５】
上述した第５工程が行われた後には、図２Ｇに示すように、プラズマＣＶＤにより、ゲート絶縁層６上に、２層目の非晶質性シリコン層８を形成する。その後、図２Ｈに示すように、結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’及び非晶質性シリコン層領域１２’をパターニングし、結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’及び非晶質性シリコン層領域１２’の除去すべき部分をエッチングにより除去する。これにより、薄膜トランジスタ素子１００ａ，１００ｂにおいて、結晶性シリコン層７ａ，７ｂと非晶質性シリコン層８ａ，８ｂとが積層されたチャネル層を形成することができる。
【００６６】
その後、図２Ｉに示すように、結晶性シリコン層７ａ，７ｂ及び非晶質性シリコン層８ａ，８ｂの側面とゲート絶縁層６とを覆うようにして、コンタクト層９を成膜する。この工程においては、例えば、プラズマＣＶＤによって、リン（Ｐ）等の５価元素の不純物をドープしたアモルファスシリコンで構成されるコンタクト層９を成膜する。
【００６７】
その後、コンタクト層９上にソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂをパターン形成する（第６工程）。この第６工程においては、まず、図２Ｊに示すように、ソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂの材料で構成されたソースドレイン金属膜１０を、例えばスパッタによって成膜する。その後、所定形状のソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂを形成するために、ソースドレイン金属膜１０上にレジスト材料を塗布し、露光及び現像を行って、所定形状にパターニングされたレジストを形成する。次いで、このレジストをマスクとしてウェットエッチングを施してソースドレイン金属膜１０をパターニングすることにより、図２Ｌに示すように、所定形状のソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂが形成される。このとき、コンタクト層９がエッチングストッパ層として機能する。その後、ソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂ上のレジストを除去する。
【００６８】
その後、図２Ｌに示すように、ソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、コンタクト層９をパターニングするとともに、ソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂを島状にパターニングする。これにより、コンタクト層９ａ，９ｂ、ソース電極１０Ｓａ，１０Ｓｂ及びドレイン電極１０Ｄａ，１０Ｄｂを島状に形成することができる。なお、ドライエッチングの条件としては、塩素系ガスを用いることができる。
【００６９】
以上のようにして、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイ２００を製造することができる。
【００７０】
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイ２００の作用効果について説明する。図７は、第４工程で形成された非晶質性シリコン層１２に対してレーザー光を照射した状態を示す平面図である。図７において斜線が施された部分は、非晶質性シリコン層１２が結晶化されることにより結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’が形成された領域を示している。図７において、領域１５は、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域であり、領域１６は、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域である。図７に示すように、第５工程では、領域１５においてのみ、結晶性シリコン層領域７ａ’，７ｂ’が形成される。
【００７１】
このように、非晶質性シリコン層１２が局所的に結晶化されることにより、レーザー光に基づく熱がゲート絶縁層６を通して基板１に局所的に伝達される。これにより、基板１に作用する熱的負荷を小さく抑えることができ、基板１にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。また、非晶質性シリコン層１２が結晶化される際に発生する応力を小さく抑えることができ、このことによっても、基板１にクラック又は反りが生じるのを抑制することができる。
【００７２】
なお、上述したように、レーザー光の波長に対するゲート絶縁層６の消衰係数を０．０１以下とすることにより、レーザー光はゲート絶縁層６にほとんど吸収されないので、レーザー光の熱がゲート絶縁層６内において発生するのを抑制することができる。これにより、ゲート電極３ａ，３ｂの上方以外の領域において、レーザー光の熱が基板１に伝達されるのを効果的に抑制することができる。
【００７３】
また、図８は、非晶質性シリコン層１２に対するレーザー光の照射面積と基板１の反り量との関係を示す図である。図８に示すように、レーザー光の照射面積（即ち、レーザー光の照射によって非晶質性シリコン層１２が結晶化される面積）が増大するに従って、基板１の反り量が増大することが理解できる。これは、レーザー光の照射面積が増大することにより、基板１に作用する熱的負荷が増大するためであると考えられる。従来の薄膜トランジスタアレイの製造方法では、レーザー光の照射によって非晶質性シリコン層１２の全域が結晶化されるので、レーザー光の照射面積は約１００％であり、基板１の反り量は約−１００μｍである。本実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイ２００の製造方法では、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２のみが結晶化されるので、レーザー光の照射面積は例えば約１７％であり、基板１の反り量は約２０μｍである。このように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイ２００の製造方法では、基板１の反り量を大幅に低下させることができる。
【００７４】
本実施の形態による薄膜トランジスタアレイ２００は、例えば、図９に示すような表示装置２０に搭載することができる。図９に示す表示装置２０は、液晶パネル及び有機ＥＬパネル等で構成される表示パネル２１を備えている。この表示パネル２１は、薄膜トランジスタアレイ２００によって駆動される。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施の形態に示す構成は一例であって、発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形を加えることができるのは言うまでも無い。
【００７６】
上記実施の形態では、非晶質性シリコン層領域１２’をアモルファスシリコンで構成したが、非晶質性シリコン層領域１２’を微結晶シリコンで構成することもできる。或いは、非晶質性シリコン層領域１２’を微結晶シリコンとアモルファスシリコンとの混合物で構成することもできる。
【００７７】
上記実施の形態では、ゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域における非晶質性シリコン層１２が結晶化されるように構成したが、例えばゲート電極３ａ，３ｂの上方の領域の一部に、非晶質性シリコン層１２が結晶化されない領域が存在しても実用上差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る薄膜トランジスタアレイは、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ及び携帯電話等の表示装置又はその他薄膜トランジスタアレイを有する様々な電気機器に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１，５１  基板
２，５２  アンダーコート層
３ａ，３ｂ，５３ａ，５３ｂ  ゲート電極
４，５４  窒化珪素膜
５，５５  酸化珪素膜
６，５６  ゲート絶縁層
７ａ，７ｂ  結晶性シリコン層
７ａ’，７ｂ’  結晶性シリコン層領域
８ａ，８ｂ  非晶質性シリコン層
９，９ａ，９ｂ  コンタクト層
１０  ソースドレイン金属膜
１０Ｓａ，１０Ｓｂ  ソース電極
１０Ｄａ，１０Ｄｂ  ドレイン電極
１２，５７  非晶質性シリコン層
１２’  非晶質性シリコン層領域
１３  レーザー光源
１５，１６，６１，６２  領域
２０  表示装置
２１  表示パネル
５８  結晶性シリコン層
１００ａ，１００ｂ  薄膜トランジスタ素子
２００，５００  薄膜トランジスタアレイ
【図１】
2013080248.tif 000003
【図２Ａ】
2013080248.tif 000004
【図２Ｂ】
2013080248.tif 000005
【図２Ｃ】
2013080248.tif 000006
【図２Ｄ】
2013080248.tif 000007
【図２Ｅ】
2013080248.tif 000008
【図２Ｆ】
2013080248.tif 000009
【図２Ｇ】
2013080248.tif 000010
【図２Ｈ】
2013080248.tif 000011
【図２Ｉ】
2013080248.tif 000012
【図２Ｊ】
2013080248.tif 000013
【図２Ｋ】
2013080248.tif 000014
【図２Ｌ】
2013080248.tif 000015
【図３】
2013080248.tif 000016
【図４】
2013080248.tif 000017
【図５Ａ】
2013080248.tif 000018
【図５Ｂ】
2013080248.tif 000019
【図５Ｃ】
2013080248.tif 000020
【図６】
2013080248.tif 000021
【図７】
2013080248.tif 000022
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年5月8日(2012.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
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、波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射することにより、前記ゲート電極の上方の領域における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領域を形成する第５工程と、前記結晶性シリコン層領域の上方にソース電極及びドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値であり、前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率（％）をｘとし、前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率が２３．２（％）である場合に、前記非晶質性シリコン層を結晶化させて前記結晶性シリコン層領域を形成するのに必要な前記レーザー光のエネルギー密度を１としたときの相対値をｙとしたとき、前記ｘ及び前記ｙは、下記の式６）、式７）及び式８）で規定される範囲を満たす数値である。ここで、式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７、式２）Ｙ≦０．６９、式３）Ｙ≧０．３３、式４）Ｘ≦０．８５、式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００、式６）２０≦ｘ≦５０、式７）ｙ≧４２．９ｘ−１．１９、式８）ｙ≦―０．００４１ｘ＋１．４５である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
また、本発明に係る表示装置の一態様は、表示パネルと、請求項９に記載の薄膜トランジスタアレイと、を備え、前記薄膜トランジスタアレイは、前記表示パネルを駆動させる。
【手続補正３】
【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性シリコン層を形成する第４工程と、
波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射することにより、前記ゲート電極の上方の領域における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領域を形成する第５工程と、
前記結晶性シリコン層領域の上方にソース電極及びドレイン電極を形成する第６工程と、を含み、
前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、
前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値であり、
前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率（％）をｘとし、
前記第４工程で形成された前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率が２３．２（％）である場合に、前記非晶質性シリコン層を結晶化させて前記結晶性シリコン層領域を形成するのに必要な前記レーザー光のエネルギー密度を１としたときの相対値をｙとしたとき、
前記ｘ及び前記ｙは、下記の式６）、式７）及び式８）で規定される範囲を満たす数値である
薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７
式２）Ｙ≦０．６９
式３）Ｙ≧０．３３
式４）Ｘ≦０．８５
式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００
式６）２０≦ｘ≦５０
式７）ｙ≧４２．９ｘ−１．１９
式８）ｙ≦―０．００４１ｘ＋１．４５
【請求項２】
前記第５工程において、前記ゲート電極の上方以外の領域には非晶質性シリコン層領域を形成し、
前記非晶質性シリコン層領域には、微結晶シリコンが含まれる
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】
前記非晶質性シリコン層領域には、さらに、非晶質性シリコンが含まれる
請求項２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、前記ゲート電極の上方以外の領域には非晶質性シリコン層領域を形成し、
前記非晶質性シリコン層領域には、非晶質性シリコンが含まれる
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５】
前記第５工程において、前記レーザー光源は、連続発振モード又は擬似連続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アレイの製造方法。
【請求項６】
前記レーザー光の波長に対する、前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層の消衰係数は０．０１以下である
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３工程で形成された前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜である
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。
【請求項８】
前記第３工程で形成された前記ゲート絶縁層は、窒化珪素膜である
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。
【請求項９】
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、
前記複数のゲート電極の各々に対応する前記ゲート絶縁層の上方の領域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の上方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した後に、波長が４７３ｎｍ以上５６１ｎｍ以下であるレーザー光を照射するレーザー光源を前記基板に対して所定の方向に相対的に移動させて、前記レーザー光を前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層に照射させることにより、前記ゲート電極の上方の領域における前記非晶質性シリコン層を結晶化させて形成され、
前記非晶質性シリコン層の膜厚に前記非晶質性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非晶質性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＸとし、
前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をＹとしたとき、
前記Ｘ及び前記Ｙは、下記の式１）から式５）で規定される範囲を満たす数値であり、
前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率（％）をｘとし、
前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光の吸収率が２３．２（％）である場合に、前記非晶質性シリコン層を結晶化させて前記結晶性シリコン層領域を形成するのに必要な前記レーザー光のエネルギー密度を１としたときの相対値をｙとしたとき、
前記ｘ及び前記ｙは、下記の式６）、式７）及び式８）で規定される範囲を満たす数値である
薄膜トランジスタアレイ。
式１）Ｙ≧−４４００Ｘ６＋１２６００Ｘ５−１４９００Ｘ４＋９３２０Ｘ３−３２５０Ｘ２＋５９４Ｘ−４３．７
式２）Ｙ≦０．６９
式３）Ｙ≧０．３３
式４）Ｘ≦０．８５
式５）Ｙ≦−１１９０００Ｘ６＋５２９０００Ｘ５−９８００００Ｘ４＋９６５０００Ｘ３−５３３０００Ｘ２＋１５７０００Ｘ−１９１００
式６）２０≦ｘ≦５０
式７）ｙ≧４２．９ｘ−１．１９
式８）ｙ≦―０．００４１ｘ＋１．４５
【請求項１０】
表示パネルと、
請求項９に記載の薄膜トランジスタアレイと、を備え、
前記薄膜トランジスタアレイは、前記表示パネルを駆動させる
表示装置。
【国際調査報告】
2013080248.tif 000027
2013080248.tif 000028
2013080248.tif 000029
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