(57)【要約】【課題】液状のシリコン材料を基板上に塗布して形成されたシリコン層は透過率が高いため、レーザ光の照射によって十分に結晶化することができないという問題がある。【解決手段】絶縁表面に島状に区画された金属層を形成し、金属層上に金属層を埋設する絶縁層を形成し、絶縁層上に低分子量のシランを含む液体を塗布してシリコン含有層を形成し、シリコン含有層にレーザ光を照射して、金属層と重なる領域に結晶性シリコン層を形成し、ウェット処理により、結晶性シリコン層以外の領域に残存するシリコン含有層を除去する表示装置の製造方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面に島状に区画された金属層を形成し、
前記金属層上に前記金属層を埋設する絶縁層を形成し、
前記絶縁層上に低分子量のシランを含む液体を塗布してシリコン含有層を形成し、
前記シリコン含有層にレーザ光を照射して、前記金属層と重なる領域に結晶性シリコン層を形成し、
ウェット処理により、前記結晶性シリコン層以外の領域に残存する前記シリコン含有層を除去することを含む、表示装置の製造方法。
【請求項２】
前記低分子量のシランを含む液体を塗布して形成されたシリコン含有層を、第１の加熱処理により溶媒を除去する、請求項１に記載の表示装置の製造方法。
【請求項３】
前記低分子量のシランが環化シランである、請求項２に記載の表示装置の製造方法。
【請求項４】
前記低分子量のシランを含む液体が、シクロペンタシラン及びシリルシクロペンタシランの一方又は双方が有機溶剤に溶解している溶液である、請求項２記載の表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の加熱処理の後に、第２の加熱処理によって前記シリコン含有層の脱水素化をする、請求項２に記載の表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記結晶性シリコン層以外の領域に残存する前記シリコン含有層を、アルカリ性の溶液で除去する、請求項１に記載の表示装置の製造方法。
【請求項７】
前記結晶性シリコン層以外の領域に残存する前記シリコン含有層が、非晶質シリコンである、請求項６に記載の表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属層が、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム−ネオジム（ＡｌＮｄ）から選ばれた少なくとも一種である、請求項１に記載の表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記結晶性シリコン層上にゲート絶縁層を形成し、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成し、トランジスタを形成することをさらに含む、請求項１に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記金属層を、前記トランジスタの半導体層と、平面視において外郭形状が略一致するように形成する、請求項９に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁表面が、可撓性基板上に形成された絶縁層によって形成される、請求項１に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１２】
画素に設けられた表示素子と、前記表示素子と電気的に接続されたトランジスタと、を含み、
前記トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と少なくとも一部が重なる結晶性シリコン層を有し、
前記結晶性シリコン層は、絶縁層を介して設けられた金属層と重ねて配置され、平面視において外郭形状が略一致する、表示装置。
【請求項１３】
前記金属層が、前記結晶性シリコン層の前記ゲート電極とは反対側の面に配置されている、請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記表示素子が、発光素子又は液晶素子である、請求項１２に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、半導体の薄膜によって形成される素子を含む半導体装置及び表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜トランジスタ等の半導体素子の作製に必要な半導体膜は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング法等に代表される真空プロセスが適用されている。これに対し、液体材料を用い、常圧下において半導体素子を作製しようとする試みがなされている。例えば、シクロペンタシランを用いて、液相プロセスで半導体膜及び半導体素子を作製する研究が進められている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｍ．Ｔｒｉｆｕｎｏｖｉｃ，Ｔ．Ｓｈｉｍｏｄａ，ａｎｄ  Ｒ．Ｉｓｈｉｈａｒａ、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、２０１５、１０６、ｐ．１６３５０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液状のシリコン材料を基板上に塗布して形成されたシリコン層は透過率が高いため、レーザ光の照射によって十分に結晶化することができないという問題がある。本発明の一実施形態は、このような問題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態による表示装置の製造方法は、絶縁表面に島状に区画された金属層を形成し、金属層上に金属層を埋設する絶縁層を形成し、絶縁層上に低分子量のシランを含む液体を塗布してシリコン含有層を形成し、シリコン含有層にレーザ光を照射して、金属層と重なる領域に結晶性シリコン層を形成し、ウェット処理により、結晶性シリコン層以外の領域に残存するシリコン含有層を除去することを含んでいる。
【０００６】
本発明の一実施形態による表示装置は、画素に設けられた表示素子と、表示素子と電気的に接続されたトランジスタと、を含み、トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と少なくとも一部が重なる結晶性シリコン層を有し、結晶性シリコン層は、絶縁層を介して設けられた金属層と重ねて配置され、平面視において外郭形状が略一致している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る結晶性半導体膜を作製する方法を示す図であり、（Ａ）は金属層及びシリコン含有層を形成する段階、（Ｂ）はシリコン含有層を結晶化する段階、（Ｃ）は結晶性シリコン層を残し他の領域のシリコン含有層を除去する段階を示す。
【図２】シリコン含有層の厚みと結晶化率の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る結晶性半導体膜を作製する方法を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する画素の平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する画素の平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する画素の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にａ、ｂなどを付した符号）を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有さない。
【０００９】
本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。なお、以下の説明では、特に断りのない限り、断面視においては、基板に対して第２基板が配置される側を「上」又は「上方」といい、その逆を「下」又は「下方」として説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
図１（Ａ）乃至（Ｃ）は、結晶性半導体膜を作製する方法を示す。図１（Ａ）は、基板１０２の一主面には、第１絶縁層１０４、金属層１０６、第２絶縁層１０８、シリコン含有層１１０が形成される態様を示す。
【００１１】
第１絶縁層１０４及び第２絶縁層１０８は、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンが好適に用いられ、基板１０２の略全面に形成される。第１絶縁層１０４及び第２絶縁層１０８は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法などの真空プロセスにより作製される。また、第１絶縁層１０４及び第２絶縁層１０８は、ＳＯＧ（スピン・オン・ガラス）溶液を用いて塗布法により作製されてもよい。
【００１２】
金属層１０６は、第１絶縁層１０４と第２絶縁層１０８との間に設けられる。金属層１０６は後述されるように、第２絶縁層１０８上に設けられた層にレーザ光を照射して結晶化させるときに、レーザ光を反射する反射板として用いられる。このため金属層１０６は、第２絶縁層１０８上に設けられた層を結晶化させる領域に対応するように略同一形状を有する。すなわち、金属層１０６は、基板１０２上で所定の面積を占めるように島状に形成される。金属層１０６による島状のパターンは、基板１０２上に一つ又は複数のパターンとして設けられる。金属層１０６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）などから選択されるいずれか一種の金属、又は複数の金属元素を含む合金により形成される。例えば、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム−ネオジム（ＡｌＮｄ）などにより形成される。
【００１３】
このような金属層１０６は、真空蒸着法、スパッタリング法により金属膜を形成し、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで作製される。また、金属層１０６は、導電性組成物を用いて、印刷法により作製されてもよい。印刷法を用いれば、マスクレスで金属層１０６のパターンを作製することができる。
【００１４】
なお、第１絶縁層１０４は、基板１０２と金属層１０６との間にバッファ層として形成される。この第１絶縁層１０４は、基板１０２に微量に含まれるナトリウムなどのアルカリ金属の拡散を防き、また金属層１０６と基板１０２との密着性を高めるために設けられることが好ましいが、第１絶縁層１０４は省略されてもよい。一方、第２絶縁層１０８は、シリコン含有層１１０と金属層１０６とを分離するために、省略せずに設けられていることが好ましい。
【００１５】
第２絶縁層１０８の上には、シリコン含有層１１０が形成される。シリコン含有層１１０は、結晶性シリコン層を形成するための層である。シリコン含有層１１０は、低分子量のシラン（ＳｉｎＨｍ）を含む溶液を塗布することにより作製される。低分子量のシランとしては環化シランが好ましく、シクロペンタシラン及びシリルシクロペンタシランの一方又は双方を用いることができる。例えば、シクロペンタシラン（Ｓｉ5Ｈ10）をトルエンなどの有機溶媒に溶解させた溶液を出発材料として用いることができる。有機溶媒に対するシクロペンタシランの割合は、５〜５０体積％、好ましくは１０〜２５体積％であればよい。このような低分子量シランを含む溶液を基板１０２上（すなわち、第２絶縁層１０８上）に塗布することでシリコン含有層１１０が形成される。塗布の方法としては、スピンコート法、ロールコート法、又はインクジェット法（液滴塗布法）などが適用される。シクロペンタシランを含む溶液は、あらかじめ紫外線を照射する処理が行われていてもよい。
【００１６】
シリコン含有層１１０は、結晶性シリコン層が形成された段階において３０〜１００ｎｍ、好ましくは４５〜６５０ｎｍ、例えば５５ｎｍの厚さとなる厚さに形成される。このような厚さの結晶性シリコン層を用いることで、電界効果移動度が高く、サブスレッショルド係数（Ｓ値）の小さいトランジスタを作製することができる。シリコン含有層１１０の厚さは、溶液に含まれる低分子シランの濃度により調整される。また、スピンコート法による塗布であれば基板１０２の回転数により調整され、インクジェット法であれは、液滴の吐出量によっても調整される。
【００１７】
シリコン含有層１１０に対して加熱処理が行われる。加熱処理により、シリコン含有層１１０に含まれる溶媒が除去され、また含有する水素の濃度が低減される。加熱処理は２段階に分けて行われることが好ましく、例えば、第１の加熱処理は２００〜４００℃、好ましくは２５０〜３５０℃で行われ、第２の加熱処理は、４００〜５４０℃、好ましくは４５０〜５００℃で行われる。この場合、第１の加熱処理によりシリコン含有層１１０に含まれる溶媒が除去され、第２の加熱処理により脱水素化が図られる。シリコン含有層１１０には１０原子％以上の多量の水素が含まれている。そのため、結晶化の前に脱水素化処理が行われる。第２の加熱処理は４００〜５５０℃、例えば５００℃で１２０分の加熱処理によって行われる。この第２の加熱処理により、シリコン含有層１１０の含有水素濃度を１原子％以下にすることが好ましい。これにより、シリコン含有層１１０にレーザ光を照射して結晶化する際に、膜中の水素が爆発的に放出されて膜表面の平坦性が低下することが防止される。第１の加熱処理、第２の加熱処理はクリーンオーブンなどで行うことができる。また、第１の加熱処理は比較的低温であるので、ホットプレートなどの機器により行うことができる。
【００１８】
図１（Ｂ）は、脱水素化処理がされたシリコン含有層１１０を結晶化する段階を示す。シリコン含有層１１０の結晶化はレーザ光を照射することにより行われる。シリコン含有層１１０の結晶化には、紫外線レーザを用いることが好ましく、例えば、ＫｒＦエキシマレーザによる波長２４８ｎｍ、ＸｅＣｌエキシマレーザによる３０８ｎｍ、ＸｅＦエキシマレーザによる３５１ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザによる１９３ｎｍのパルスレーザ光が照射される。シリコン含有層１１０を結晶化するためのレーザ光の強度は、概略２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2であることが好ましい。レーザ光のエネルギー密度がこれ以下であると結晶化することができず、またエネルギー密度が高すぎるとトランジスタにとって良好な結晶を得ることができない。なお、このようなパルスレーザ光に代えて、連続発振する固体レーザ（ＹＡＧレーザ）の第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）を照射してもよい。
【００１９】
レーザ光１１２ａは、シリコン含有層の側から照射される。シリコン含有層１１０は光吸収係数が小さいため、膜厚が薄い場合はレーザ光１１２を十分に吸収することができない。シリコン含有層１１０の膜厚がトランジスタのチャネル形成層として適切な５０ｎｍ程度である場合にはレーザ光が吸収されない。そのため、シリコン含有層１１０の膜厚が薄いと、通常であれば結晶化を行うことができない。しかしながら、本実施形態では、シリコン含有層１１０に重ねて金属層１０６が設けられていることで、シリコン含有層１１０を透過したレーザ光を反射させ、反射したレーザ光１１２ｂを再入射させることができる。これにより、シリコン含有層１１０の結晶化を図ることができる。また、金属層１０６の反射光を有効に利用することで、レーザ光の強度を必要以上に高くしなくても済むため、良質な結晶を作製することができる。さらに、金属層１０６の反射光を利用することにより、シリコン含有層１１０の結晶化領域を均一に加熱することができるため、結晶性を向上させることができる。
【００２０】
図２は、このような特性を模式的に説明するグラフであり、シリコン含有層の膜厚（横軸）と結晶化率（縦軸）の関係を示す。例えば、ある条件でレーザ光を照射してシリコン含有層１１０を結晶化させる場合、レーザ光を反射する金属層がない場合には、１００ｎｍ未満の膜厚では結晶化を図ることができず、１００ｎｍ以上の膜厚が必要であるとする。一方、金属層が設けられている場合には、シリコン含有層１１０を透過したレーザ光を再入射させることで、５０ｎｍの膜厚であっても結晶化を図ることが可能となる。このように、シリコン含有層１１０に対する一次入射光と、シリコン含有層１１０を透過し、金属層１０６で反射する二次入射光を利用することで、シリコン含有層１１０を通過するレーザ光の光路が２倍となり、５０ｎｍ程度の薄膜であっても、結晶化を図ることができる。
【００２１】
図１（Ｂ）は、シリコン含有層１１０の全面にレーザ光１１２ａが照射され、金属層１０６で反射したレーザ光１１２ｂが再入射する領域が結晶化し、結晶性シリコン層１１４が形成される態様を示す。すなわち、本実施形態で開示される方法によれば、シリコン含有層１１０が島状に成形された金属層１０６と重なる領域に結晶性シリコン層１１４が形成され、他の領域は非晶質状態のシリコン層を残存させることができる。
【００２２】
また、図３に示すように、レーザ光１１２ａを斜め方向から照射するようにしてもよい。これにより、レーザ光の一次入射光１１２ａ及び二次入射光１１２ｂをシリコン含有層１１０に対して斜め方向から入射させることができ、入射光の光路長を長くすることができる。これにより、レーザ光が吸収される割合を増加させ結晶化を促進させることができる。
【００２３】
なお、本明細書において、「結晶性シリコン」とは、ラマン分光法で５２０ｃｍ-1付近にピークが観測されるシリコン膜、若しくはラマン分光法で４８０ｃｍ-1付近と５２０ｃｍ-1付近にラマンスペクトルのピークが観測されるものの４８０ｃｍ-1付近のピークに比較して５２０ｃｍ-1付近のピークの方が強く観測されるシリコン膜いうものとする。あるいは、「結晶性シリコン」とは、Ｘ線回折で、（１１１）、（２２０）、（３１１）の少なくとも一つに回折ピークが観測されるシリコン膜をいうものとする。
【００２４】
その後、図１（Ｃ）で示すように、ウェット処理により、結晶性シリコン層１１４を残し、結晶化されなかった他の領域は除去される。ウェット処理はアルカリ性の溶液により行われ、シリコン含有層１１０の非晶質領域が選択的に除去され、金属層１０６と重なる領域を残存させることができる。このような処理により、マスクレスで、第２絶縁層１０８上に、島状に分離された結晶性シリコン層１１４を形成することができる。このように作製された結晶性シリコン層１１４は、平面視において、金属層１０６と外郭形状が略一致する。
【００２５】
このように、図１（Ａ）乃至（Ｃ）で示す方法によれば、少なくとも結晶性シリコン層１１４を、真空プロセスを用いない簡便な方法で作製することができる。また、第１絶縁層１０４及び第２絶縁層１０８を、スピン・オン・ガラスを用いた塗布法により、金属層１０６を印刷法により作製すれば、全てに真空プロセスを用いずに結晶性シリコン層１１４を作製することができる。これにより、製造装置の簡略化を図ることができ、製造コストを下げることができる。
【００２６】
［第２実施形態］
図４は、本発明の一実施形態に係る表示装置１００の構成を示す。表示装置１００は、複数の画素１４２が配列する画素部１４０、画素部１４０に走査信号、映像信号を出力する駆動回路部１４４、映像信号などが入力される端子電極１２４が配列する端子部１４６を含む。本実施形態は、このような表示装置１００の製造方法を示す。すなわち、第１実施形態と同様の工程によって結晶性シリコン層が作製される、表示装置１００の製造方法を示す。
【００２７】
基板１０２上に、第１絶縁層１０４及び金属層１０６を形成する。この段階における、画素部１４０（画素１４２）、駆動回路部１４４、端子部１４６の断面図を図５に示し、画素部１４０の平面図を図６示す。なお、図５において、画素部１４０の構造は、図６に示すＡ−Ｂ線に対応する断面構造を示す（本実施形態における以降の説明においても同じである。）。
【００２８】
第１実施形態と同様に、基板１０２上に第１金属層１０６ａ、第２金属層１０６ｂ、第３金属層１０６ｃ、第４金属層１０６ｄが形成される。第１金属層１０６ａは、画素部１４０に設けられる第１トランジスタの半導体層に対応する位置に形成される。第２金属層１０６ｂ及び第３金属層１０６ｃは、駆動回路部１４４に設けられるトランジスタの半導体層に対応する位置にそれぞれ形成される。第４金属層１０６ｄは、端子部１４６の端子電極１２４の位置に対応して配置される。また、図６で示される第５金属層５ｅは、画素１４２の第４トランジスタの半導体層に対応する位置に設けられる金属層である。
【００２９】
基板１０２は、ガラス基板、プラスチック基板、フィルム状の有機樹脂基板などが適用される。フィルム状の有機樹脂基板としては、例えば、ポリイミド基板を用いることができる。ポリイミド基板は、耐熱性が高く、可撓性を有する。基板１０２としてポリイミド基板を用いれば、可撓性を有する表示装置を作製することができる。
【００３０】
基板１０２としてポリイミド基板（又はポリイミドフィルム）を用いる場合、第１絶縁層１０４は、基板に含まれる水分等の拡散を防ぐガスバリア層として用いることができる。第１絶縁層１０４を設けることにより、金属層１０６の密着性を向上させ、この上層に作製される結晶性シリコン層が基板側から拡散する不純物で汚染されることを防止することができる。
【００３１】
図７は、第１金属層１０６ａ、第２金属層１０６ｂ、第３金属層１０６ｃ、第４金属層１０６ｄの上に第２絶縁層１０８を形成し、シリコン含有層１１０を形成する段階を示す。シリコン含有層１１０は、第２絶縁層１０８の略全面に、低分子量のシラン（ＳｉｎＨｍ）を含む溶液を塗布することにより作製される。第１実施形態と同様に、低分子量のシランとしては環化シランが好ましく、例えば、シクロペンタシラン（Ｓｉ5Ｈ10）をトルエンなどの有機溶媒に溶解させた溶液を出発材料として用いられる。シリコン含有層１１０の厚さは、結晶化後の半導体層の膜厚が３０〜１００ｎｍ、好ましくは４５〜６５ｎｍ、例えば、５５ｎｍの厚さとなるように調整される。
【００３２】
基板１０２上にシリコン含有層１１０が形成された後、第１の加熱処理として２５０〜４００℃、好ましくは２５０〜３５０℃の加熱処理が行われる。この第１の加熱処理により、シリコン含有層１１０に含まれる溶媒が除去される。その後、第２の加熱処理が行われる。第２の加熱処理は、４００〜５４０℃、好ましくは４５０〜５００℃で行われる。第２の加熱処理によりシリコン含有層１１０に含まれる水素の除去が行われる。シリコン含有層１１０には１０原子％以上の多量の水素が含まれているので、脱水素化処理が行われる。脱水素化処理は４００〜５５０℃、例えば５００℃で１２０分の熱処理により、水素が放出され脱水素化が図られる。第２の加熱処理によりシリコン含有層１１０の膜中水素濃度を１原子％以下にすることが好ましい。この段階で、シリコン含有層１１０は、実質的に非晶質化したシリコン層となっている。
【００３３】
図８は、脱水素化処理がされたシリコン含有層１１０を結晶化する段階を示す。シリコン含有層１１０の結晶化はレーザ光を照射することにより行われる。シリコン含有層１１０の結晶化は、ビームプロファイルが照射面において線状となるように集光されたレーザ光を照射することにより行われる。レーザの光源としては、エキシマレーザが好適に用いられる。エキシマレーザとしては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザ（波長３５１ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いることができる。エキシマレーザで発振されたレーザ光を線状に集光し、基板面を順次走査することで、大面積基板であっても略全面にレーザ光を照射することができる。なお、このようなパルスレーザ光に代えて、連続発振する固体レーザ（ＹＡＧレーザ）の第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第３高調波（波長３５５ｎｍ）を照射してもよい。
【００３４】
レーザ光１１２ａは、シリコン含有層１１０の側から照射される。シリコン含有層１１０は光吸収係数が小さいが、第１金属層１０６ａ、第２金属層１０６ｂ、第３金属層１０６ｃ、第４金属層１０６ｄが設けられた領域では、シリコン含有層１１０を透過したレーザ光が反射して、二次入射光としてレーザ光１１２ｂが照射される。一方、第１金属層１０６ａ、第２金属層１０６ｂ、第３金属層１０６ｃ、第４金属層１０６ｄが設けられていない領域では、シリコン含有層１１０を透過したレーザ光はそのまま基板１０２に入射して、反射光は殆ど発生しない。このような違いにより、第１金属層１０６ａ、第２金属層１０６ｂ、第３金属層１０６ｃ、第４金属層１０６ｄと重なる領域では、シリコン含有層１１０の結晶化が進み、第１結晶性シリコン層１１４ａ、第２結晶性シリコン層１１４ｂ、第３結晶性シリコン層１１４ｃ、第４結晶性シリコン層１１４ｄが形成される。それ以外の領域ではシリコン含有層１１０が非晶質状態のままシリコン層が残存することとなる。
【００３５】
その後、図９で示すように、ウェット処理により、第１結晶性シリコン層１１４ａ、第２結晶性シリコン層１１４ｂ、第３結晶性シリコン層１１４ｃ、第４結晶性シリコン層１１４ｄを残し、結晶化されなかった他の領域は除去する。ウェット処理はアルカリ性の溶液により行われ、シリコン含有層１１０の非晶質領域が選択的に除去され、第１金属層１０６ａ、第２金属層１０６ｂ、第３金属層１０６ｃ、第４金属層１０６ｄと重なる領域を残存させることができる。このような処理により、マスクレスで、第２絶縁層１０８上に、島状に分離された第１結晶性シリコン層１１４ａ、第２結晶性シリコン層１１４ｂ、第３結晶性シリコン層１１４ｃ、第４結晶性シリコン層１１４ｄが形成される。図１０は、この段階における画素１４２の平面図を示す。第１結晶性シリコン層１１４ａと、第１金属層１０６ａは、平面視において外郭が略一致した形状を有する。これは、他の結晶性シリコン層と金属層との関係についても同様である。
【００３６】
なお、これまでの段階において、第１絶縁層１０４及び第２絶縁層１０８を、スピン・オン・ガラスを用いた塗布法により形成し、第１金属層１０６ａ、第２金属層１０６ｂ、第３金属層１０６ｃ、第４金属層１０６ｄを印刷法により作製すれば、全てに真空プロセスを用いずに結晶性シリコン層１１４を作製することができる。
【００３７】
図１１は、トランジスタのゲート絶縁膜としての第３絶縁層１１６、第１ゲート電極１１８ａ、第２ゲート電極１１８ｂ、第３ゲート電極１１８ｃ、容量電極１１９、層間絶縁膜としての第４絶縁層１２０を形成する段階を示す。第３絶縁層１１６及び第４絶縁層１２０は、プラズマＣＶＤ法などにより、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などにより形成される。第１ゲート電極１１８ａ、第２ゲート電極１１８ｂ、第３ゲート電極１１８ｃ、容量電極１１９は、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）などから選択されるいずれか一種の金属、又は複数の金属元素を含む合金により形成される。例えば、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム−ネオジム（ＡｌＮｄ）などにより形成される。なお、第３絶縁層１１６と第４絶縁層１２０とをスピン・オン・ガラスを用いた塗布法により形成し、第１ゲート電極１１８ａ、第２ゲート電極１１８ｂ、第３ゲート電極１１８ｃ、容量電極１１９、を印刷法により作製すれば、この段階においても真空プロセスを用いずに工程を進めることができる。
【００３８】
図１２は、第１結晶性シリコン層１１４ａに対応してソース・ドレイン電極１２２ａ、１２２ｂ、第２結晶性シリコン層１１４ｂに対応してソース・ドレイン電極１２２ｃ、１２２ｄ、第３結晶性シリコン層１１４ｃに対応してソース・ドレイン電極１２２ｅ、１２２ｆを形成し、また、端子部１４６において、端子電極１２４を形成する段階を示す。ソース・ドレイン電極１２２ａ〜１２２ｆは、第３絶縁層１１６、第４絶縁層１２０のコンタクトホールを形成することで、それぞれ結晶性シリコン層と電気的に接続される。また、端子部１４６においては、第３絶縁層１１６及び第４絶縁層１２０が除去されて、結晶性シリコン層１１４ｄが露出する面に端子電極１２４を設けることで、下地面との密着性を向上させることができる。
【００３９】
さらに、ソース・ドレイン電極１２２ａ〜１２２ｆを覆うように第５絶縁層１２６が設けられる。第５絶縁層１２６は、ポリイミド、アクリル等の有機絶縁材料で形成される。第５絶縁層１２６は平坦化膜として、上面が平坦になるように形成される。
【００４０】
これまでの段階で、画素部１４０には、第１トランジスタ２０２ａと容量素子２１０が形成され、駆動回路部１４４には第２トランジスタ２０４ｂ及び第３トランジスタ２０６ｃが形成される。結晶性シリコン層は、実質的に真性、または弱いｎ型若しくはｐ型の導電性を示すものの、価電子制御が可能である。そのため、第１トランジスタ２０２ａ、第２トランジスタ２０４ｂ及び第３トランジスタ２０６ｃは、ｐチャネル型、ｎチャネル型のいずれの導電型のトランジスタも作製し得る。なお、画素部１４０の容量素子２１０は、容量電極１１９、第３絶縁層１１６、結晶性シリコン層１１４が重なる領域に形成される。
【００４１】
図１２で示すように、金属層１０６（１０６ａ〜１０６ｃ）は、トランジスタを形成する結晶性シリコン層１１４（１１４ａ〜１１４ｃ）のゲート電極１１８（１１８ａ〜１１８ｃ）とは反対側の面に、第２絶縁層１０８を介して設けられている。すなわち、金属層１０６（１０６ａ〜１０６ｃ）は、トランジスタの動作に直接的には影響を与えないように配置されている。金属層１０６は、電気的に浮遊状態であってもよいし、金属層１０６にバイアス電圧を印加してトランジスタのしきい値電圧を制御するように積極的に利用することも可能である。
【００４２】
図１３は、第５絶縁層１２６の上に、表示素子として発光素子が設けられる態様を示す。また、図１４は、この段階における画素部１４０の平面図を示す。図１４において、画素部１４０には走査信号線１４８、映像信号線１５０、電源線１５２が適宜設けられる。
【００４３】
発光素子２１２は、第１トランジスタ２０２ａと電気的に接続される画素電極１２８と、有機層１３２及び対向電極１３４とが積層された構造を有する。発光素子２１２は２端子素子であり、画素電極１２８と対向電極１３４との間の電位を制御することで発光が制御される。また、第５絶縁層１２６上には、画素電極１２８の周縁部を覆い内側領域を露出するように第６絶縁層１３０が設けられる。対向電極１３４は、有機層１３２の上面に設けられ、画素電極１２８上から第６絶縁層１３０の上面部にかけて設けられる。なお、第６絶縁層１３０は、画素電極１２８の周縁部を覆うと共に、画素電極１２８の端部で滑らかな段差を形成するために、有機樹脂材料で形成される。有機樹脂材料としては、アクリルやポリイミドなどが用いられる。
【００４４】
有機層１３２は、有機エレクトロルミネセンス材料などの発光材料を含む層である。有機層１３２は、低分子系又は高分子系の有機材料を用いて形成される。低分子系の有機材料を用いる場合、有機層１３２は発光性の有機材料を含む発光層に加え、当該発光層を挟むように正孔注入層や電子注入層、さらに正孔輸送層や電子輸送層等含んで構成されていてもよい。例えば、有機層１３２は、発光層をホール注入層と電子注入層とで挟んだ構造とすることができる。また、有機層１３２は、ホール注入層と電子注入層に加え、ホール輸送層、電子輸送層、ホールブロック層、電子ブロック層などを適宜付加されていていてもよい。
【００４５】
なお、本発明の一実施形態において、発光素子２１２は、有機層１３２で発光した光を対向電極１３４側に放射する、いわゆるトップエミッション型の構造を有する。そのため、画素電極１２８は光反性を有することが好ましい。画素電極１２８は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等の光反射性の金属材料によって形成されることの他、正孔注入性に優れるＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム・スズ）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：酸化インジウム亜鉛）による透明導電層と、光反射性の金属層とが積層された構造を有していてもよい。
【００４６】
対向電極１３４は、有機層１３２で発光した光を透過させるため、透光性を有しかつ導電性を有するＩＴＯ（酸化スズ添加酸化インジウム）やＩＺＯ（酸化インジウム・酸化亜鉛）等の透明導電膜で形成されていることが好ましい。
【００４７】
発光素子２１２の上には封止膜として第７絶縁層１３６が設けられる。第７絶縁層１７６は、発光素子２１２に水分等が浸入することを防ぐために設けられる。第７絶縁層１３６としては、窒化シリコンや酸化アルミニウムなどの無機絶縁膜により透光性を有するものとすることが好ましい。また、第７絶縁層１３６は、当該無機絶縁膜と、アクリル、ポリイミド、エポキシ等の有機絶縁膜が積層された構造を有していてもよい。
【００４８】
第７絶縁層１７６の上層には、さらに封止材が設けられ、また封止材と共にカラーフィルタが設けられてもよい。発光素子２１２から白色光が出射されるとき、カラーフィルタを設けることによって、特定の波長帯域の光を画素の出射光とすることができる。また、発光素子２１２から出射される光が特定の波長帯域の光（例えば、青色帯域、緑色帯域、赤色帯域）である場合、カラーフィルタを、出射光に合わせて配置することで、画素から出射される光の色純度を高めることができる。
【００４９】
なお、端子部１４６においては、端子電極１２４の上面にＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電膜１２５が形成されていてもよい。ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電膜１２５は硬質であり、酸化しても導電性を有するので、端子電極１２４の表面層として好適に設けられる。
【００５０】
図１４で示すように、画素１４２部は、第１トランジスタ２０２ａの他に、第４トランジスタ２０８ｄも形成される。第４トランジスタ２０８ｄは、第１トランジスタ２０２ａと比べ、結晶性シリコン層１１４ｅの形状が異なっている。本実施形態によれば、金属層の形状に相似する結晶性シリコン層を作製することが可能である。金属層１０６ｅは、フォトリソグラフィーにより、また印刷法により平面形状をデザインルールの範囲内で自由に設計できるので、図１４で示すように、結晶性シリコン層の形状をトランジスタごとに異ならせることができる。さらに、金属層のパターニングをするだけで、同じ形状の結晶性シリコン層を作製することができるので、パターニングプロセスが簡略化され、製造コストを低減することができる。
【００５１】
以上のようにして、画素に発光素子が設けられる表示装置が作製される。なお、本発明は、このような表示装置に限定されず、同様の工程によって他の形態の表示装置を作製することができる。例えば、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置を作製することもできる。この場合、結晶性シリコン層と重ねて設けられる金属層は、バックライトの光を遮る遮光膜として用いることができる。なお、液晶素子とは、液晶の電気光学効果を発現する素子であり、液晶層に電界を印加する電極が設けられた素子をいう。
【符号の説明】
【００５２】
１００・・・表示装置、１０２・・・基板、１０４・・・第１絶縁層、１０６・・・金属層、１０８・・・第２絶縁層、１１０・・・シリコン含有層、１１２・・・レーザ光、１１４・・・結晶性シリコン層、１１６・・・第３絶縁層、１１８・・・ゲート電極、１１９・・・容量電極、１２０・・・第４絶縁層、１２２・・・ソース・ドレイン電極、１２４・・・端子電極、１２５・・・透明導電膜、１２６・・・第５絶縁層、１２８・・・画素電極、１３０・・・第６絶縁層、１３２・・・有機層、１３４・・・対向電極、１３６・・・第７絶縁層、１４０・・・画素部、１４２・・・画素、１４４・・・駆動回路部、１４６・・・端子部、１４８・・・走査信号線、１５０・・・映像信号線、１５２・・・電源線、２０２・・・第１トランジスタ、２０４・・・第２トランジスタ、２０６・・・第３トランジスタ、２０８・・・第４トランジスタ、２１０・・・容量素子、２１２・・・発光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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