(57)【要約】【課題】一次元成長結晶を用いて作成したＴＦＴよりも電気特性値が良好で、且つばらつきを最小の範囲に抑制することができる薄膜トランジスタを提供することを課題とする。【解決手段】平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に形成されたソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄと、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極Ｇを有する薄膜トランジスタ１１であり、前記ソース領域又はドレイン領域の前記チャネル領域の側端部Ｅは、結晶長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。【選択図】      図１
2008227445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に少なくともチャネル領域が位置合わせされるように設けられたソース領域及びドレイン領域と、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、
前記ソース領域又はドレイン領域の前記チャネル領域側の側端部は、結晶長開始位置から１μｍ乃至３．５μｍの位置に位置合わせして設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域は、前記結晶成長領域の中心部と各辺の中間を通る仮想領域の結晶成長領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に少なくともチャネル領域が位置合わせされるように設けられたソース領域及びドレイン領域と、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、
薄膜トランジスタは、前記結晶成長領域の結晶成長方向に電流が流れ、結晶成長方向と電流方向のなす角度が、０〜４５°、１３５〜２２５°、３１５〜３６０°のいずれかの範囲の領域に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域が、放射状に結晶成長されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの薄膜トランジスタが配置されていることを特徴とする表示装置。
【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（以下、ＴＦＴと呼ぶ）及び表示装置に関する。本発明のＴＦＴは、例えば液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンス等の表示装置の表示部、或いは走査部、制御部等に用いられることが期待され、これにより、高性能な表示装置が作製できる。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、結晶成長方向が平面上のある特定の一次元方向のみに制御されている結晶を用いて薄膜トランジスタを作成する際に、ラテラル結晶成長領域内に薄膜トランジスタのチャネル領域を配置する方法は公知の技術である（非特許文献１）。
【０００３】
図１は、一次元成長結晶を用いてソース領域（Ｓ），ドレイン領域（Ｄ）及びゲート電極（Ｇ）からなるＴＦＴを作製する際の配置方法を示す説明図である。図１に示すように、結晶成長方向Ｌ２はＴＦＴのチャネル長方向Ｌ１、即ち電流が流れる方向に平行となるように配置されている。このように配置することにより、結晶成長方向Ｌ２に平行に多数存在する結晶粒界がＴＦＴ内を流れる電流を阻害する効果を最小限に抑えることができる。なお、図１において、符号Ｓ１は結晶成長開始付近、符号Ｓ２はラテラル結晶成長領域、符号Ｓ３は結晶成長終了付近を示し、符号ＰはＴＦＴのチャネル中央位置を示す。また、図１において、ＴＦＴのチャネル部の全領域（斜線部）Ａがラテラル結晶成長領域Ｓ２内に配置されている。
【非特許文献１】表面科学Vol.21,No.5,pp.278-287,2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
結晶成長方向が平面上のある特定の一次元方向のみに制御されている結晶、即ち一次元成長結晶は、被結晶化処理半導体薄膜の膜厚が約６０ｎｍ以下になると結晶形態が針状結晶アレイとなる。このため、１パルスのレーザ光ビームを強弱の光強度分布光に変調して上記被結晶化処理半導体薄膜に照射したときの結晶粒の形状は、結晶成長方向に平行に粒界が多数存在するアレイとなる。この粒界間の間隔は通常1μｍ以下と狭く、しかも発生する場所、間隔等が制御できず、ばらつく。このため、このように結晶化された領域にＴＦＴを作製する場合、このＴＦＴのチャネル領域内を移動する電子または正孔の移動方向と前記粒界が、斜交するとＴＦＴ内を流れる電流を阻害するように作用する。この影響を最小限に抑えるために、結晶成長方向がＴＦＴのチャネル長方向、即ち電流が流れる方向に平行となるように配置する方法が用いられる。
【０００５】
しかしながら、このように配置しても前記粒界の影響によりＴＦＴの電気特性の低下、及びばらつきを充分に抑制することができない。何故ならば、チャネル幅方向の粒界が１μｍ以内の間隔で横断しており、例えばチャネル幅が２μｍのＴＦＴの場合、粒界がチャネル幅方向に２〜４本程度入り、これがＴＦＴの電気特性を低下させるためである。さらに、この粒界の間隔がばらつくために、電気特性のばらつきが大きいという課題もあった。
【０００６】
これに対し、結晶成長方向が平面上のあらゆる方向に広がっている結晶、即ち二次元成長結晶粒は、理想的には平面上のある特定の周期で単結晶粒が規則的に敷き詰められている。この単結晶粒は少なくとも５μｍ角程度以上の大きさには生成可能であるので、１つの結晶粒の中にＴＦＴのチャネル部の全領域を収めることは面積的に充分可能である。これにより、前記一次元成長結晶の場合に問題となったような、ＴＦＴのチャネル部に存在する粒界に起因する電気的特性の低下及びばらつきが緩和される。
【０００７】
本発明者等は、二次元成長結晶粒にＴＦＴを形成する工業化のための量産技術を開発している。この結果、１つの二次元成長結晶粒内でも場所によって結晶状態が異なっており、配置方法によってはむしろばらつきが大きくなる可能性もあることが判った。具体的には、結晶成長開始点付近、粒界付近、ラテラル結晶成長領域では特性が明確に異なる。つまり、結晶成長開始点付近、及び粒界付近では特性が極端に悪化するために、配置方法によっては一次元成長結晶の場合と比較しても充分なばらつき低減効果は得られないことが課題となっている。
【０００８】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、二次元成長結晶粒を用いたＴＦＴの配置方法を工夫することにより、一次元成長結晶を用いて作成したＴＦＴよりも電気特性値が良好で、且つばらつきを最小の範囲に抑制することができる薄膜トランジスタ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】
【０００９】
本発明の第１の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に少なくともチャネル領域が位置合わせされるように設けられたソース領域及びドレイン領域と、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、前記ソース領域又はドレイン領域の前記チャネル領域側の側端部は、結晶長開始位置から１μｍ乃至３．５μｍの位置に位置合わせして設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に少なくともチャネル領域が位置合わせされるように設けられたソース領域及びドレイン領域と、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、薄膜トランジスタは、前記結晶成長領域の結晶成長方向に電流が流れ、結晶成長方向と電流方向のなす角度が、０〜４５°、１３５〜２２５°、３１５〜３６０°のいずれかの範囲の領域に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一次元成長結晶を用いて作成したＴＦＴよりも電気特性値が良好で、且つ形成されたＴＦＴ間の特性のばらつきを最小の範囲に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の実施の形態について更に詳しく説明する。  
このＴＦＴの実施の形態は、平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に少なくともチャネル領域が位置合わせされるように設けられたソース領域及びドレイン領域と、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有し、前記ソース領域またはドレイン領域の前記チャネル領域側の側端部は、結晶成長開始位置から１μｍ乃至３．５μｍの位置に位置合わせして設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明者等は、先に述べた二次元成長結晶粒Ｋ１とＴＦＴ特性との相関について、ＴＦＴ Ｔ１をどのように配置するのが最良かについて究明したところ、図２〜図４に示すような相関を得るに至った。ここで、図２はN−chＴＦＴ Ｔ１のチャネル位置をＸ座標、Ｙ座標ともに−４［μｍ］から＋４［μｍ］まで１．０［μｍ］おきに変えて配置した状態を示す。図２では、チャネル長方向Ｌ１にＸ軸をとり、チャネル幅方向に平行にＹ軸をとっており、図２中の符号Ｐはチャネル中央位置を、符号Ｌ２は結晶成長方向を示す。
【００１４】
図３は、ＸY座標の位置とμｍａｘ（ゲート電圧に対して最大の移動度）との関係（ＴＦＴ特性を評価し、各座標に対しＮ＝１１の平均値を二次元プロット）を示し、符号Ｓ１は成長開始点付近、符号Ｓ２はラテラル結晶成長領域、符号Ｓ３は成長終了点（粒界）付近を示す。また、図３において、符号ａは２５０〜３００、符号ｂは２００〜２５０、符号ｃは１５０〜２００、符号ｄは１００〜１５０、符号ｅは５０〜１００、符号ｆは０〜５０（単位は全てｃｍ２／ｖ・ｓ）のμｍａｘの領域を示す。
【００１５】
図４はＸＹ座標の位置とＴＦＴに電流が流れ始めるゲート電圧である閾値電圧（Vth）との関係（ＴＦＴ特性を評価し、各座標に対しＮ＝１１の平均値を二次元プロット）を示す。図４中の符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は図２の場合と同様である。但し、図２において、符号ａは１．５〜１．６、符号ｂは１．４〜１．５、符号ｃは１．３〜１．４、符号ｄは１．２〜１．３、符号ｅは１．１〜１．２、符号ｆは１．０〜１．１（単位は全てＶ）の閾値電圧Ｖthの領域を示す。
【００１６】
図２〜図４において、結晶成長開始点からの距離が１μｍ以内の領域は多結晶領域であるので特性が悪く、３．５μｍ以上の領域は粒界付近であるのでやはり特性が悪く、その間の１μｍ〜３．５μｍまでの領域は特性が良いことがわかった。ここで、Ｘ軸に近づくほど特性が良いのは、ＴＦＴのチャネル方向とラテラル結晶成長方向とのなす角が小さくなるほど粒界の影響が小さくなるためである。
【００１７】
そこで、図３、図４に示すような相関を説明するためのモデルを示す説明図を図５に示す。なお、図５は、Ｘ軸と、Ｙ軸の交点である結晶開始位置（点）から放射状（点線矢印）に結晶成長した８×８μｍ座布団型結晶粒Ｋ１の場合を示す。図５には、ＴＦＴのチャネル領域を移動する電子または正孔がＸ軸またはＹ軸に対して４５度の方向に移動するようにＴＦＴを形成した実施例が示されている。また、図５に基づいた結晶開始点（ＸＹ座標（０，０））からＴＦＴチャネル位置までの距離（Ｒ）と角度θの変化による移動度μｍａｘとの関係を図６（Ａ）に示した。同様に、Ｒと角度θの変化による閾値電圧Ｖthとの関係（ＴＦＴ特性を評価し、各座標に対しＮ＝１１の平均値を二次元プロット）を図６（Ｂ）に示した。但し、ＴＦＴの位置依存性評価は、ＴＦＴのチャネル位置を、Ｒを２．０［μｍ］から３．５［μｍ］まで０．５［μｍ］おきに、θを０°から３６０°まで４５°おきに変えて配置したものに対しＴＦＴ特性の評価を行い、各座標に対してＮ＝１１の平均値を二次元プロットした。
【００１８】
即ち、図５及び図６（Ａ），（Ｂ）は、同じくＮ-chＴＦＴ特性とＴＦＴチャネル部の二次元成長結晶粒内位置との相関を示したものである。また、同図は、結晶開始点からの距離(Ｒ)、及びＸ軸とＴＦＴチャネル長方向Ｌ１とのなす角(θ)を変化させた、いわゆる極座標系での依存性である。但し、結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは常に平行な状態でθを変化させている。Ｒ＝２．０μｍ〜３．５μｍの範囲は、ほぼラテラル結晶成長領域と考えられる。実際のデ−タにはばらつきがあるためわかりにくいが、少なくともこの範囲内では特性は良好であるといえる。
【００１９】
なお、図６（Ａ）において、符号ａは３００〜３５０、符号ｂは２５０〜３００、符号ｃは２００〜２５０、符号ｄは１５０〜２００、符号ｅは１００〜１５０、符号ｆは５０〜１００、符号ｇは０〜５０（単位は全てｃｍ２／ｖ．ｓ）のμｍａｘの領域を示す。また、図６（Ｂ）において、符号ａは３．０〜３．５、符号ｂは２．５〜３．０、符号ｃは２．０〜２．５、符号ｄは１．５〜２．０、符号ｅは１．０〜１．５、符号ｆは０．５〜１．０（単位は全てＶ）の閾値電圧Ｖthの領域を示す。
【００２０】
図７は、同じくＮ-chＴＦＴ特性とＴＦＴチャネル部の二次元成長結晶粒内位置との相関を示した平面図であり、８×８μｍ座布団型結晶の場合を示す。また、図７に基づいた結晶開始点Ｐ１からＴＦＴチャネル方向の位置までの距離Ｘと、ＴＦＴの移動度μｍａｘとの関係を図８に示した。同様に、上記距離Ｘとドレイン電流が流れ始めるゲート電圧即ち閾値電圧Ｖthとの関係を図９に示した。なお、図８において、符号Ｓ１は成長開始点付近（μｍａｘ＜２００）、符号Ｓ２はラテラル結晶成長領域（μｍａｘ＞１００）を示す。また、図９において、符号Ｓ１は成長開始点付近の多結晶領域（Ｖth＞１．０Ｖ）、符号Ｓ２はラテラル結晶成長領域（Ｖth＜１．７Ｖ）を示す。但し、ＴＦＴの位置依存性評価は、ＴＦＴのチャネル位置を、Ｙ座標を０［μｍ］に固定し、Ｘ座標を−４［μｍ］から＋４［μｍ］まで０．５［μｍ］おきに変えて配置したものに対しＴＦＴ特性の評価を行い、Ｘ座標に対してプロットした。
【００２１】
図７〜図９において、図７のＴＦＴの結晶成長開始点を原点としてＴＦＴチャネル長方向（Ｘ方向）に平行にチャネル位置を変化させた場合の結晶成長開始点を原点としてＴＦＴチャネル長方向（Ｘ方向）に平行にチャネル位置を変化させた場合の結晶成長開始点Ｏ
からの距離が２μｍ以内の領域は多結晶領域であるので特性が悪く、３．５μｍ以上の領域は粒界付近であるのでやはり特性が悪く、その間の２μｍから３．５μｍまでの領域は移動特性および閾値電圧特性が良いことがわかった。多結晶領域は結晶の条件、ばらつき等によって範囲が異なるが、１μｍ〜２μｍ程度であると考えられる。
【００２２】
図１０は、Ｎ-chＴＦＴ特性とＴＦＴチャネル部の二次元成長結晶粒内位置との相関を一次元方向のみに対して示した説明図であり、８×８μｍ座布団型結晶Ｋ１の場合を示す。また、図１０に基づいた結晶開始点Ｐ１からＹ軸に平行にＴＦＴチャネル幅方向を形成したときのチャネル幅の始端位置までの距離Ｙと、μｍａｘとの関係を図１１に示した。同様に、距離Ｙと閾値電圧Ｖthとの関係を図１２に示した。なお、図１１及び図１２において、符号Ｓ１は成長開始点付近の多結晶領域、符号Ｓ２はラテラル結晶成長領域を示す。図１１より開始点付近の多結晶領域Ｓ１と上記成長領域Ｓ２とでμｍａｘに略差がなく、図１２より開始点付近の多結晶領域Ｓ１と成長領域Ｓ２とで閾値電圧Ｖth特性にほとんど差がない事が判った。但し、ＴＦＴの位置依存性評価は、Ｘ座標を０［μｍ］に固定し、Ｙ座標を−４［μｍ］から＋４［μｍ］おきに変えて配置したものに対しＴＦＴ特性の評価を行い、Ｙ座標に対してプロットした。
【００２３】
図１０〜図１２において、結晶成長開始点Ｐ１を原点としてＴＦＴチャネル幅方向に平行にチャネル位置を変化させた場合、結晶成長開始点Ｐ１からの距離が１μｍ以内の領域は多結晶領域であるので特性が悪く、３．５μｍ以上の領域は粒界付近であるのでやはり特性が悪く、その間の１μｍから３．５μｍまでの領域は特性が良いことがわかった。ラテラル結晶成長領域での特性が図７の場合に比べて悪いのは、ＴＦＴのチャネル方向と結晶成長方向が垂直になっており、粒界の影響が最も大きい配置になっているためである。
【００２４】
図１３は、図７においてＴＦＴに流れる電流方向をＸ軸からθ方向に換えたときの実施例である。図１３は、Ｎ-chＴＦＴ特性のチャネル位置はＸ軸上の予め定められたラテラル結晶成長領域に固定した状態でＴＦＴを回転移動させたときのチャネル方向との相関を示した説明図である。図１３の実施例は、８×８μｍ座布団型（４角形）結晶粒Ｋ１の場合を示す。なお、図１３において、符号θは、ラテラル結晶成長方向（Ｘ軸）とＴＦＴのチャネル長方向Ｌ１とのなす角を示す。図１４はこの角度θとμｍａｘとの関係を示し、図１５は角度θと閾値電圧Ｖthとの関係を示す。なお、図１４及び図１５において、符号Ｓ２は角度θが０°〜４５°、１３５°〜２２５°、３１５°〜３２０°のいずれかのラテラル結晶成長領域を示す。但し、ＴＦＴの位置依存性評価は、Ｘ，Ｙ座標を（２，０）に固定し、θを０°〜３６０°まで３０°おきに変えて配置したものに対しＴＦＴ特性の評価を行い、角度θに対してプロットした。
【００２５】
図１３〜図１５において、移動度特性は、図１４から角度θが０°〜４５°、１３５°〜２２５°、３１５°以上で良好な特性を示している。閾値電圧特性は、図１５から角度θが０°〜４５°、１３５°〜２２５°、３１５°以上で良好な特性を示している。
【００２６】
図１６はＰ-chＴＦＴのチャネル位置をＸ座標、Ｙ座標ともに−４［μｍ］から＋４［μｍ］まで１．０［μｍ］おきに変えて配置した状態を示す。図１６では、チャネル長方向に平行にＸ軸をとり、チャネル幅方向に平行にＹ軸をとっている。なお、図１６中の符号Ｌ１，Ｌ２，Ｓ，Ｄ，Ｇ，Ｐは、図２中の場合と同様である。
【００２７】
図１７は、ＸＹ座標とμｍａｘとの関係（ＴＦＴ特性を評価し、各座標に対しＮ＝１１の平均値を二次元プロット）を示し、図１７中の各符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は図３の場合と同様である。また、図１７において、符号ａは８０〜９０、符号ｂは７０〜８０、符号ｃは６０〜７０、符号ｄは５０〜６０、符号ｅは４０〜５０、符号ｆは３０〜４０、符号ｇは２０〜３０、符号ｈは１０〜２０（単位は全てｃｍ２／ｖ・ｓ）のμｍａｘの領域を示す。
【００２８】
図１８はＸＹ方向の位置と閾値電圧（Ｖth）との関係（ＴＦＴ特性を評価し、各座標に対しＮ＝１１の平均値を二次元プロット）を示し、各符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は図３の場合と同様である。但し、図１８において、符号ａは−１．５〜−１．０、符号ｂは−２．０〜−１．５、符号ｃは−２．５〜−２．０、符号ｄは−３．０〜−２．５、符号ｅは−３．５〜−３．０、符号ｆは−４．０〜−３．５（単位は全てＶ）の閾値電圧Ｖthの領域を示す。
【００２９】
図１６〜図１８において、結晶成長開始点からの距離が１μｍ以内の領域は多結晶領域であるので特性が悪く、３．５μｍ以上の領域は粒界付近であるのでやはりμｍａｘ，Ｖth特性が悪く、その間の１μｍから３．５μｍまでの領域は特性が良いことがわかった。Ｘ軸に近づくほど特性が良いのは、ＴＦＴのチャネル方向とラテラル結晶成長方向とのなす角が小さくなるほど粒界の影響が小さくなるためである。
【００３０】
図１９は、同じくＰ-chＴＦＴ特性とＴＦＴチャネル部の二次元成長結晶粒内位置との相関を示したものであり、８×８μｍ座布団型結晶粒Ｋ１の場合を示す。また、図１９に基づいた結晶開始点Ｐ１からＴＦＴチャネル方向の位置までの距離と、μｍａｘとの関係を図２０に示した。同様に、距離と閾値電圧Ｖthとの関係を図２１に示した。なお、図２０において、符号Ｓ１は成長開始点付近の多結晶領域（μｍａｘ＜８０）、符号Ｓ２はラテラル結晶成長領域（μｍａｘ＞６０）を示す。また、図２１において、符号Ｓ１は成長開始点付近の多結晶領域（Ｖth＜−１．０Ｖ）、符号Ｓ２はラテラル結晶成長領域（Ｖth＞−２．０Ｖ）を示す。但し、ＴＦＴの位置依存性評価は、ＴＦＴのチャネル位置を、Ｙ座標を０［μｍ］に固定し、Ｘ座標を−４［μｍ］から＋４［μｍ］まで０．５［μｍ］おきに変えて配置したものに対しＴＦＴ特性の評価を行い、Ｘ座標に対してプロットした。図２０より、開始点付近Ｓ１と成長領域Ｓ２とで移動度の差が大きいことが分かる。図２１より、開始点付近Ｓ１と成長領域Ｓ２とで閾値電圧の差が大きいことが分かる。
【００３１】
図１９〜図２１において、結晶成長開始点Ｐ１を原点としてＴＦＴチャネル長方向Ｌ１に平行にチャネル位置を変化させた場合、結晶成長開始点Ｐ１からの距離が２μｍ以内の領域は多結晶領域であるので特性が悪く、３．５μｍ以上の領域は粒界付近であるのでやはり特性が悪く、その間の２μｍから３．５μｍまでの領域は良好な特性であることが判った。多結晶領域は結晶の条件、ばらつき等によって範囲が異なるが、１μｍ〜２μｍ程度であると考えられる。
【００３２】
図２２は、Ｐ-chＴＦＴ特性とＴＦＴチャネル部の二次元成長結晶粒内位置との相関を一次元方向のみに対して示した説明図であり、８×８μｍ座布団型結晶粒Ｋ１の場合を示す。また、図２２に基づいた結晶開始点Ｐ１からＴＦＴチャネル幅方向の位置までの距離Ｙと、μｍａｘとの関係を図２３に示した。同様に、距離Ｙと閾値電圧Ｖthとの関係を図２４に示した。なお、図２３及び図２４中の符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、図８の場合と同様である。
【００３３】
図２２〜図２４より、結晶成長開始点Ｐ１を原点としてＴＦＴチャネル幅方向に平行にチャネル位置を変化させた場合、結晶成長開始点Ｐ１からの距離が１μｍ以内の領域は多結晶領域であるので特性が悪く、３．５μｍ以上の領域は粒界付近であるのでやはり特性が悪く、その間の１μｍから３．５μｍまでの領域は特性が良いことが判った。ラテラル結晶成長領域での特性が図１９の場合に比べて悪いのは、Ｐ-chＴＦＴのチャネル方向と結晶成長方向が垂直になっており、粒界の影響が最も大きい配置になっているためである。
【００３４】
本発明は、次の(1),(2)の構成とすることを要件としている。  
(1)平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に少なくともチャネル領域が位置合わせされるように設けられたソース領域及びドレイン領域と、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、前記ソース領域又はドレイン領域の前記チャネル領域側の側端部は、結晶長開始位置から１μｍ乃至３．５μｍの位置に位置合わせして設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【００３５】
こうした構成にすることにより、二次元成長結晶粒を用いてＴＦＴを作成することによるメリットを最大限に引き出すことができる。その結果、一次元成長結晶を用いて作成したＴＦＴよりも電気特性値が良好で、且つばらつきを最小の範囲に抑制することができる。  
なお、前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域は、前記結晶成長領域の中心部と各辺の中間を通る仮想領域の結晶成長領域に形成されていることが好ましい。
【００３６】
(2)平面上に二次元方向に結晶成長された結晶成長領域と、この結晶成長領域に少なくともチャネル領域が位置合わせされるように設けられたソース領域及びドレイン領域と、これらソース領域とドレイン領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、薄膜トランジスタは、前記結晶成長領域の結晶成長方向に電流が流れ、結晶成長方向と電流方向のなす角度が、０〜４５°、１３５〜２２５°、３１５〜３６０°のいずれかの範囲の領域に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【００３７】
このように、ＴＦＴを結晶成長方向と電流方向のなす角度が上記範囲の領域に形成した構成にすることにより、上記（１）と同様に、良好なＴＦＴ特性が得られる。  
［ＴＦＴの製造方法］  
次に、本発明に係るＴＦＴの一製造方法について図２５（Ａ）〜（Ｇ），図２６（Ｈ）〜（Ｏ)及び図２７（Ｐ）〜（Ｕ）を参照して説明する。但し、本発明は、下記の製造方法に限定されない。液晶ディスプレィ用ＴＦＴの製造に適用した実施例を説明する。
【００３８】
１）まず、液晶ディスプレィ作成用のガラス基板２１上に、プラズマＣＶＤ法によって基板温度５００℃、堆積時間４０分間の条件で、８００ｎｍの膜厚を有する下地酸化膜（ＳｉＯ２膜）２２を形成する（図２５（Ａ）参照）。次に、Ｓｉ２Ｈ６ガスを流速１５０ｃｃｃｍ、圧力８Ｐａの条件で供給している間に、ＬＰ（low pressure）−ＣＶＤ法によって、基板温度４５０℃、堆積時間７０分間の条件で、１００ｎｍの膜厚を有する、活性層形成用のａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜２３を形成する。その後、ドーパントしてボロンをイオンシャワードーピング法によりドーピングする(図２５（Ｂ）参照)。
【００３９】
２）次に、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ光２４を３５０ｍＪ／ｃｍ２の強度で照射する(図２５（Ｃ）参照)。ここで、中心で弱くかつ周辺で強いレーザ光強度を有し、同心円の断面形状を有するレーザ光を照射することにより、大きな粒径を有する結晶粒からなる円板状の多結晶シリコン膜２５が得られる。つづいて、ＬＰ−ＣＶＤ法によって基板温度５００℃、堆積時間１０分間の条件で、多結晶シリコン膜２５上に１０ｎｍの膜厚を有する保護酸化膜（ＳｉＯ２膜）２６を形成する（図２５（Ｄ）参照）。
【００４０】
３）次に、保護酸化膜２６上にレジスト材を塗布し、露光及び現像を行ってパターニングされたレジスト膜２７を形成する（図２５（Ｅ）参照）。つづいて、レジスト膜２７をマスクとして、保護酸化膜２６及び多結晶シリコン膜２５を、ＢＣｌ３＋ＣＨ４ガスを用いたドライエッチング法により選択的に除去する（図２５（Ｆ）参照）。この後、レジスト膜２７を除去する（図２５（Ｇ）図示）。
【００４１】
４）次に、ＬＰ−ＣＶＤ法によって基板温度５００℃、堆積時間６０分間の条件で、１００ｎｍの膜厚を有するゲート酸化膜（ＳｉＯ２膜）２８を形成する（図２６（Ｈ)参照）。なお、図２６（Ｈ）では、保護酸化膜はゲート酸化膜と同材料（ＳｉＯ２）であるため、図示されていない。つづいて、スパッタリング法によって基板温度１００℃、堆積時間１０分間の条件で、１００ｎｍの膜厚を有する、ゲート電極形成用のＭｏ（モリブデン）膜２９をゲート酸化膜２８上に形成する（図２６（Ｉ）参照）。この後、Ｍｏ膜２９上にレジスト材を塗布し、露光及び現像を行って、パターニングされたレジスト膜３０を形成する（図２６（Ｊ）参照）。
【００４２】
５）次に、レジスト膜３０をマスクとして、ＢＣｌ３＋ＣＨ４ガスを用いたドライエッチング法によりＭｏ膜２９を選択的に除去し、ゲート電極３１を形成する（図２６（Ｋ）参照）。つづいて、図２６（Ｌ）に示すようにレジスト膜３０を除去した後、プラズマＣＶＤによって基板温度５００℃、堆積時間２０分間の条件で、２００ｎｍの膜厚を有するパッシベーション膜（ＳｉＯ２膜）３２を形成する（図２６（Ｍ)参照）。
【００４３】
６）次に、パッシベーション膜３２上にレジスト材を塗布した後、露光及び現像を行って、パターニングされたレジスト膜３３を形成する（図２６（Ｎ)参照）。つづいて、レジスト膜３３をマスクとして、ＣＨＦ３＋Ｏ２ガスを用いたドライエッチング法によりコンタクトホール３４を形成する（図２６（Ｏ)参照）。
【００４４】
７）次に、図２７（Ｐ)に示すようにレジスト膜３３を除去する。つづいて、リン３５のイオンドーピングを行った後、５００℃の窒素雰囲気中でドーパントの活性化アニールを３時間行って、ソース領域３６及びドレイン領域３７を形成する（図２７（Ｑ)参照）。なお、符番３８はソース領域３６とドレイン領域３７との間のチャネル領域を示す。更に、スパッタリング法によって基板温度１００℃、堆積時間１０分間の条件で、１００ｎｍの膜厚を有する、電極用Ａｌ膜３９を形成する（図２７（Ｒ）参照）。
【００４５】
８）次に、Ａｌ膜３９上にレジスト材を塗布した後、露光及び現像を行って、パターニングされたレジスト膜４０を形成する（図２７（Ｓ)参照）。つづいて、レジスト膜４０をマスクとして、ＢＣｌ３＋ＣＨ４ガスを用いたドライエッチング法によりＡｌ膜３９を選択的に除去し、ソース電極４１、ドレイン電極４２及びゲート電極（ゲート電極３１の取り出し電極）４３を形成する（図２７（Ｔ）参照）。更に、レジスト膜４０を除去し、薄膜トランジスタ４４を形成する（図２７（Ｕ)参照）。
【００４６】
［結晶化装置の説明］  
次に、本発明のＴＦＴが形成される二次元成長結晶粒を形成するための結晶化装置５０について図２８、図２９、図３０、図３１（Ａ）〜（Ｃ）及び図３２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。但し、本発明における結晶成長方法は、下記の方式に限定されない。ここで、図２８は結晶化装置の構成を概略的に示す図であり、図２９は図２８の照明系の内部構成を概略的に示す図である。
【００４７】
図２８及び図２９に示すように、本発明で使用される結晶化装置は、入射光束を位相変調して所定の光強度分布を有する光束を形成するための位相変調素子５１と、入射光束を偏光状態の異なる非干渉性の２つの光束に分割するための光束分割素子５２とを備えている。ここで、位相変調素子５１は、その位相パターン面（段差を有する面）が光束分割素子５２と対向するように、光束分割素子５２と近接して配置されている。但し、位相変調素子５１と光束分割素子５２とを一体に構成してもよい。位相変調素子５１及び光束分割素子５２の構成及び作用については後述する。
【００４８】
前記結晶化装置５０は、位相変調素子５１を照明するための照明系５３を更に備えている。照明系５３は、例えば図２９に示す光学系で２４８ｎｍの波長を有する光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源５３ａを備えている。光源５３ａとしては、ＸｅＣｌエキシマレーザ光源やＹＡＧレーザ光源のような被結晶化処理体を溶融するエネルギー光線を出射する性能を有する他の適当な光源を用いることもできる。光源５３ａから供給されたレーザ光は、ビームエキスパンダ５３ｂを介して拡大された後、第１フライアイレンズ５３ｃに入射する。こうして、第１フライアイレンズ５３ｃの後側焦点面には複数の光源が形成され、これらの複数の光源からの光束は第１コンデンサー光学系５３ｄを介して、第２フライアイレンズ５３ｅの入射面を重畳的に照明する。
【００４９】
その結果、第２フライアイレンズ５３ｅの後側焦点面には、第１フライアイレンズ５３ｃの後側焦点面よりも多くの複数の光源が形成される。第２フライアイレンズ５３ｅの後側焦点面に形成された複数の光源からの光束は、第２コンデンサー光学系５３ｆおよび絞り５３ｇを介して、位相変調素子５１を重畳的に照明する。ここで、第１フライアイレンズ５３ｃ及び第１コンデンサー光学系５３ｄは、第１ホモジナイザを構成し、この第１ホモジナイザにより光源５３ａから供給されたレーザ光について位相変調素子５１上での入射角度に関する均一化が図られる。
【００５０】
また、第２フライアイレンズ５３ｅ及び第２コンデンサー光学系５３ｆは、第２ホモジナイザを構成する。この第２ホモジナイザにより、第１ホモジナイザからの入射角度が均一化されたレーザ光について位相変調素子５１上での面内各位置での光強度に関する均一化が図られる。なお、第１フライアイレンズ５３ｃ又は第２フライアイレンズ５３ｅに代えて、一対のシリンドリカルフライアイレンズを用いることもできる。ここで、シリンドリカルフライアイレンズは、ある平面において屈折力を有し且つその平面と直交する平面において無屈折力の複数のシリンドリカルレンズ要素により構成されている。
【００５１】
こうして、照明系５３は、ほぼ均一な光強度分布を有するレーザ光により位相変調素子５１を照射する。位相変調素子５１で位相変調されたレーザ光は、結像光学系５４を介して、被処理基板５５に入射する。ここで、結像光学系５４は、位相変調素子５１の位相パターン面と被処理基板５５とを光学的に共役に配置している。換言すれば、被処理基板５５は、位相変調素子５１の位相パターン面と光学的に共役な面（結像光学系５４の像面）に設定されている。結像光学系５４は、正レンズ群５４ａと正レンズ群５４ｂとの間に開口絞り５４ｃを備えている。
【００５２】
開口絞り５４ｃは、開口部（光透過部）の大きさの異なる複数の開口絞りを有し、これらの複数の開口絞り５４ｃは光路に対して交換可能に構成されていてもよい。あるいは、開口絞り５４ｃは、開口部の大きさを連続的に変化させることのできる虹彩絞りを有していてもよい。いずれにしても、開口絞り５４ｃの開口部の大きさは、後述するように、被処理基板５５の半導体膜上において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。なお、結像光学系５４は、屈折型の光学系であってもよいし、反射型の光学系であってもよいし、屈折反射型の光学系であってもよい。
【００５３】
また、被処理基板５５は、基板上に、下層絶縁膜、半導体薄膜、上層絶縁膜の順に成膜することにより構成されている。即ち、被処理基板５５は、例えば液晶ディスプレイ用板ガラスの上に化学気相成長法（ＣＶＤ）により下地絶縁膜、非単結晶膜例えば非晶質シリコン膜およびキャップ膜が順次形成されたものである。下地絶縁膜およびキャップ膜は、絶縁膜例えばＳｉＯ２である。下地絶縁膜は、非晶質シリコン膜とガラス基板が直接接触してＮａなどの異物が非晶質シリコン膜に混入するのを防止し、非晶質シリコン膜の溶融温度が直接ガラス基板に伝熱されるのを防止する。非晶質シリコン膜は、結晶化される半導体膜である。
【００５４】
キャップ膜は、非晶質シリコン膜が入射光を吸収して熱となりその一部が伝わることにより加熱され、この熱を蓄熱する。この蓄熱効果は、光ビームの入射が遮断されたとき、非晶質シリコン膜の被照射面において高温部が相対的に急速に降温するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。被処理基板５５は、真空チャックや静電チャックなどにより基板ステージ５６上において予め定められた所定の位置に位置決めされて保持されている。
【００５５】
次に、上記結晶化装置５０により二次元成長結晶粒を形成するための位相変調素子５１の位相シフトパターンを、図２９，図３０を参照して説明する。位相変調素子５１は、入射光束を位相変調して所定の光強度分布を有する光束を形成するための光学素子である。  
図３０は、位相変調素子５１の２つの逆ピーク状光強度分布を形成する位相シフトパターンを拡大して示す概略図である。位相返送素子５１の位相シフトパターンは、１パルスのレーザ光ビーム面内には、図３０に示す位相シフトパターンがマトリックス状に例えば４０個配列された光学素子である。位相変調素子５１は、５μｍ角の二次元成長結晶粒アレイを半導体薄膜に作製するための光学素子である。図３０に示す位相シフトパターンが所定の周期で二次元的に配置されて互いに同じパターンを有する複数の単位領域５７ａにより構成されている。図３０では、説明を簡単にするために、隣り合う２つの正方形状の単位領域５７ａを示している。各単位領域５７ａの一辺は、結像光学系５４の像面における換算値で５μｍである。以下、位相変調素子５１の寸法については、結像光学系５４の像面における換算値で示す。
【００５６】
単位領域５７ａは、一定の位相を有する基準面（図中空白の部分）５７aaと、単位領域５７ａの中心近傍に配置された第１位相領域５７abおよび第２位相領域５７acと、第１位相領域５７abおよび第２位相領域５７acの周囲に配置された複数のドット領域５７adとを備えている。ここで、第１位相領域５７abおよび第２位相領域５７acは、半径が０．５μｍの円を４等分して得られる扇形形状のパターンであり、その頂点同士が単位領域５７ａの中心で接するように配置されている。
【００５７】
第１位相領域５７abおよび第２位相領域５７acの周囲に、結像光学系５４の点像分布範囲の半径よりも光学的に小さい０．５μｍ角の正方形状の単位セル（図示せず）を縦横に且つ稠密に仮想設定している。そして、各単位セルの中に１つのドット領域５７adが選択的に設けられている。単位セル中のドット領域５７adの占有面積率は、第１位相領域５７abと第２位相領域５７acとの接点（単位領域５７ａの中心）から離れるにしたがって小さくなるように構成されている。また、第１位相領域５７ab、第２位相領域５７acおよび全てのドット領域５７adは、基準面５７aaに対して＋９０度の位相（基準面５７aaでの位相（変調量）を０度と基準化したときの相対的な位相差）を有する。
【００５８】
ここで、結像光学系５４に対して様々な位置に位置決めされた被処理基板５５の表面において単位領域５７ａの中央を横断する線Ｘ−Ｘに対応する横断線に沿って形成される光強度分布に着目する。まず、結像光学系５４の計算上のフォーカス位置（焦点位置）から５μｍだけ結像光学系５４へ近づく方向（図２８中上側）にデフォーカス（＋５μｍのデフォーカス）して位置決めされた被処理基板５５の表面には、単位領域５７ａの横断線Ｘ−Ｘに対応する横断線に沿って図３１の（Ａ）に示すような光強度分布が形成される。また、結像光学系５４の計算上のフォーカス位置に位置決めされた被処理基板５５の表面には、単位領域５７ａの横断線Ｙ−Ｙに対応する横断線に沿って図３１の（Ｂ）に示すような光強度分布が形成される。
【００５９】
また、結像光学系５４の計算上のフォーカス位置から５μｍだけ結像光学系５４から遠ざかる方向（図２８中下側）にデフォーカス（−５μｍのデフォーカス）して位置決めされた被処理基板５５の表面には、単位領域５７ａの横断線Ｚ−Ｚに対応する横断線に沿って図３１の（Ｃ）に示すような光強度分布が形成される。さらに、結像光学系５４の計算上のフォーカス位置から７μｍだけ結像光学系５４から遠ざかる方向にデフォーカス（−７μｍのデフォーカス）して位置決めされた被処理基板５５の表面には、単位領域５７ａの横断線Ｘ−Ｘに対応する横断線に沿って図３２の（Ａ）に示すような光強度分布が形成される。
【００６０】
また、結像光学系５４の計算上のフォーカス位置から１０μｍだけ結像光学系５４から遠ざかる方向にデフォーカス（−１０μｍのデフォーカス）して位置決めされた被処理基板５５の表面には、単位領域５７ａの横断線Ｙ−Ｙに対応する横断線に沿って図３２の（Ｂ）に示すような光強度分布が形成される。最後に、結像光学系５４の計算上のフォーカス位置から１５μｍだけ結像光学系５４から遠ざかる方向にデフォーカス（−１５μｍのデフォーカス）して位置決めされた被処理基板５５の表面には、単位領域５７ａ横断線Ｚ−Ｚに対応する横断線に沿って図３２の（Ｃ）に示すような光強度分布が形成される。
【００６１】
次に、結晶化装置５０を参照して二次元成長結晶粒の結晶化方法について説明する。  
結晶化装置５０は、基板ステージ５６を移動させることにより位置決めされた被処理基板５５を結晶化したい位置に移動させ、コンピュータがハイトセンサからの検出信号を用いて基板ステージ５６のＺ方向動作を制御して、基板ステージ５６と被処理基板５５とのずれ量を目標ずれ量に一致させる。
【００６２】
次に、読み出した装置パラメータに基づいてアッテネータが自動調整される。すなわち、ビームプロファイラで測定した光強度分布と予め設定した目標の光強度分布とを比較してアッテネータ操作量を計算し、アッテネータに操作信号を出力して測定した強度が目標の強度になるようにフィードバックしながらアッテネータの角度を高精度に調整する。
【００６３】
基板ステージ５６はＸ−Ｙ面内で所定間隔ごとにステップ移動して位置を変えることができるようになっているので、被処理基板５５の所望の部位を照射位置に位置させることができ、Ｘ−Ｙステップ移動工程と結晶化（アニール）工程を繰り返すことにより、大面積の非晶質シリコン膜を結晶化することができる。この様子は表示装置の画面上に表示されるので、オペレータは被処理基板５５上のどの部位がレーザ照射されているのかをリアルタイムに知ることができる。また、照射中のレーザ光の光強度分布波形も表示装置の画面上に表示されるので、オペレータはどのような光強度分布波形の変調レーザが照射されているのかをリアルタイムに知ることができる。
【００６４】
結晶化工程では、光源となるＸｅＣｌエキシマレーザ装置からは波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ナノ秒のレーザ光が出射される。このパルスレーザ光は、アッテネータで光強度が設定値に調整され、照明光学系５３に入射する。照明光学系５３から均一化されたパルスレーザ光を出射する。均一化されたパルスレーザ光は、位相変調素子５２を照射し、図３１の（Ｃ）に示す逆ピークパターン状の光強度分布のパルスレーザを出射する。
【００６５】
このレーザ光は、結像光学系５４を通って光学的に調整され、所望の逆ピークパターン状のビームプロファイル波形となって、最終的に被処理基板５５上の非晶質半導体薄膜を照射する。これにより、非晶質半導体薄膜の受光領域が溶融され、凝固する過程で結晶化される。
【００６６】
被処理基板５５は、例えば液晶ディスプレィ用板ガラス基板の上に化学気相成長法（ＣＶＤ）により下地膜および非晶質シリコン膜（半導体層）およびキャップ膜が順次形成されたものである。下地絶縁膜は、絶縁材、例えばＳｉＯ２で形成されており、非晶質シリコン膜とガラス基板が直接接触してガラス基板内のＮａなどの異物が非晶質シリコン膜に混入するのを防止すると共に、非晶質シリコン膜の溶融温度が直接ガラス基板に伝熱されるのを防止する。非晶質シリコン膜は、結晶化される半導体膜であり、非単結晶膜で、非晶質半導体膜や多結晶半導体などである。
【００６７】
非単結晶膜は、上記半導体膜に限定されることはなく、非単結晶の金属などの非単結晶材料で形成されている膜でも良い。非晶質シリコン膜上には、キャップ膜とし絶縁膜例えばＳｉＯ２膜が、好ましくは、成膜されている。キャップ膜は、非晶質シリコン膜に入射する光ビームの一部により加熱され、この加熱された温度を蓄熱する。この蓄熱効果は、キャップ膜がなければ光ビームの入射が遮断されたとき、非晶質シリコン膜の被照射面において高温部が相対的に急速に温度降下するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。即ち、降温過程において位置変調素子により形成される強弱の光強度分布に対応した温度分布がキャップ膜に形成され、この温度分布を保持した状態で降温する。従って、凝固温度に達する位置が順次移動し、横方向の結晶成長を形成する。この横方向の結晶成長は、結晶開始点から放射状に結晶成長して４角形状に結晶化粒を形成する。
【００６８】
この様な結晶化工程をパルスレーザ光照射毎に基板ステージ５６を移動させて被処理基板５５の他の領域を次々に結晶化する。この様に照射領域をずらして結晶化を繰り返すことにより、大面積を結晶化することができる。
【００６９】
次に、本発明における実施の形態について述べる。但し、本発明は下記に述べる形態に限定されない。  
（第１の実施形態）  
図３３は、第１の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＮ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。図３３中、符号Ｌ１はチャネル長方向、符号Ｌ２は結晶成長方向、符号Ｐはチャネル中央位置、符号Ｓ１は結晶成長開始点付近（結晶成長領域の中心部）、符号Ｓ２（斜線部分）はラテラル結晶成長領域、Ｓ３は結晶成長終了点付近を示す。ここで、結晶成長開始点からの距離は、結晶成長開始点付近で１．０μｍ、結晶成長終了点付近で３．５μｍである。また、図示しないが、ＴＦＴ１１は、薄い半導体膜と、この半導体膜に互に離間して形成されたソース領域（Ｓ）、ドレイン領域（Ｄ）と、これらの領域間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極（Ｇ）を有した構成となっている。なお、図３３中の符号ＥはＴＦＴ１１のチャネル領域側端部を示す。
【００７０】
図３３において、ＴＦＴ１１のチャネル側端部Ｅ（ソース領域又はドレイン領域とチャネル領域との境界部）は結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性が良好で、かつばらつきも小さくすることが可能となる。但し、ＴＦＴ１１のチャネル位置はＸ軸上にもＹ軸上にもない。しかし、ＴＦＴ１１のチャネル長方向Ｌ１はＸ軸に平行であるために、結晶成長方向Ｌ２とＴＦＴチャネル長方向Ｌ１とは一定の角度を有する状態で配置されている。
【００７１】
従って、本発明の第１の実施形態によれば、ＴＦＴ１１のチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして配置された構成となっている。従って、このように配置された二次元成長結晶粒を用いてＴＦＴを作成することによるメリットを最大限に引き出すことができる。その結果、一次元成長結晶を用いて作成したＴＦＴよりも電気特性値が良好で、且つばらつきを最小の範囲に抑制することができる。
【００７２】
（第２の実施形態）  
図３４は、本発明の第２の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＮ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図３４において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。ＴＦＴのチャネル位置は第１の実施形態と同様にＸ軸上にもＹ軸上にもないが、ＴＦＴのチャネル中央位置における結晶成長方向に平行となるようにＴＦＴチャネル長方向を設定している点が、第１の実施形態と異なる点である。このように配置することにより、ＴＦＴ特性がより良好で、かつばらつきもより小さくすることが可能となる。
【００７３】
（第３の実施形態）  
図３５は、第３の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＮ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図３５において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。ＴＦＴのチャネル位置はＸ軸上にあるので、結晶成長方向はＸ軸に平行であり、ＴＦＴチャネル長方向もＸ軸に平行方向に配置されているので、第２の実施形態と同様に結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは平行になっている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性がより良好で、かつばらつきもより小さくすることが可能となる。
【００７４】
（第４の実施形態）  
図３６は、本発明の第４の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＮ-ｃｈＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図３６において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性が良好で、かつばらつきも小さくすることが可能となる。但し、ＴＦＴのチャネル位置はＹ軸上にあるので、結晶成長方向はＹ軸に平行であるにもかかわらずＴＦＴのチャネル長方向はＸ軸に平行であるために、結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは垂直な状態で配置されている。
【００７５】
（第５の実施形態）  
図３７は、本発明の第５の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＮ-ｃｈＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３と同符号は同符号を付して説明を省略する。なお、図３７中の符号θは、結晶成長方向Ｌ２とＴＦＴチャネル長方向のなす角を示す。  
図３７において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性が良好で、かつばらつきも小さくすることが可能となる。但し、ＴＦＴのチャネル位置はＸ軸上にあるので、結晶成長方向はＸ軸に平行であるにもかかわらず、ＴＦＴのチャネル長方向はＸ軸に平行ではない。そのため、第１の実施形態と同様に結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは一定の角度を有する状態で配置されている。この角度をθと定義すると、θは０度から４５度、１００度から２２５度、３００度から３２０度の範囲に入るようにＴＦＴが配置されている。
【００７６】
（第６の実施形態）  
図３８は、本発明の第６の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＰ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３，図３７と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図３８において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性が良好で、かつばらつきも小さくすることが可能となる。但し、ＴＦＴのチャネル位置はＸ軸上にもＹ軸上にもないにもかかわらずＴＦＴのチャネル長方向はＸ軸に平行であるために、結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは一定の角度を有する状態で配置されている。
【００７７】
（第７の実施形態）  
図３９は、本発明の第７の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＰ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３，図３７と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図３９において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。ＴＦＴのチャネル位置は第１の実施形態と同様にＸ軸上にもＹ軸上にもないが、ＴＦＴのチャネル中央位置における結晶成長方向に平行となるようにＴＦＴチャネル長方向を設定している点が、第１の実施形態と異なる点である。このように配置することにより、ＴＦＴ特性がより良好で、かつばらつきもより小さくすることが可能となる。
【００７８】
（第８の実施形態）  
図４０は、本発明の第８の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＰ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図４０において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。ＴＦＴのチャネル位置はＸ軸上にあるので、結晶成長方向はＸ軸に平行であり、ＴＦＴチャネル長方向もＸ軸に平行方向に配置されているので、第２の実施形態と同様に結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは平行になっている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性がより良好で、かつばらつきもより小さくすることが可能となる。
【００７９】
（第９の実施形態）  
図４１は、本発明の第９の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＰ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図４１において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性が良好で、かつばらつきも小さくすることが可能となる。但し、ＴＦＴのチャネル位置はＹ軸上にあるので、結晶成長方向はＹ軸に平行であるにもかかわらずＴＦＴのチャネル長方向はＸ軸に平行であるために、結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは垂直な状態で配置されている。
【００８０】
（第１０の実施形態）  
図４２は、本発明の第１０の実施形態における二次元成長結晶粒の一つの結晶粒内にＰ-chＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図である。但し、図３３と同符号は同符号を付して説明を省略する。  
図４２において、ＴＦＴのチャネル側端部Ｅは結晶成長開始位置から１μｍ〜３．５μｍの位置に位置合わせして設けられている。このように配置することにより、ＴＦＴ特性が良好で、かつばらつきも小さくすることが可能となる。但し、ＴＦＴのチャネル位置はＸ軸上にあるので、結晶成長方向はＸ軸に平行であるにもかかわらずＴＦＴのチャネル長方向はＸ軸に平行ではないために、第１の実施形態と同様に結晶成長方向とＴＦＴチャネル長方向とは一定の角度を有する状態で配置されている。この角度をθと定義すると、θは０°〜４５°、１００°〜２２５°、３００°〜３２０°の範囲に入るようにＴＦＴが配置されている。
【００８１】
（第１１の実施形態）  
以下、上述の実施形態で得られるような薄膜トランジスタを実際にアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用した例について図４３を参照して説明する。図４３は薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型表示装置の一例を示す図である。  
表示装置６１は、一対の絶縁基板６２、６３と、これらの基板間に保持された電気光学物質６４とを備えたパネル構造を有する。電気光学物質６４としては、液晶材料が広く用いられている。下側の絶縁基板６１には画素アレイ部６５と駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は垂直駆動回路６６と水平駆動回路６７とに分かれている。
【００８２】
また、絶縁基板６２の周辺部上端には、外部接続用の端子部６８が形成されている。端子部６８は、配線６９を介して垂直駆動回路６６及び水平駆動回路６７に接続している。画素アレイ部６５には行状のゲート配線７０と列状の信号配線７１が形成されている。両配線７０，７１の交差部には、画素電極７２とこれをスイッチング駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７３が形成されている。ＴＦＴ７３のゲート電極は対応するゲート配線７０に接続され、ドレイン領域は対応する画素電極７２に接続され、ソース領域は対応する信号配線７１に接続されている。ゲート配線７０は垂直駆動回路６６に接続する一方、信号配線７１は水平駆動回路６７に接続している。
【００８３】
第１１の実施形態に係る表示装置６１は、前記結晶成長領域に画素電極７２をスイッチング駆動するＴＦＴ７３、及び垂直駆動回路６６と水平駆動回路６７に含まれるＴＦＴを形成した構成となっており、従来に比較して移動度が高くなっている。従って、駆動回路ばかりでなく、更に高性能な処理回路を集積形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の薄膜トランジスタは、本発明は、例えば液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンス等の表示装置の表示部、或いは走査部、制御部等に用いられることが期待され、高性能な表示装置を作製するために利用されるものである。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】従来における一次元成長結晶を用いてＴＦＴを作成する際の配置方法を示す説明図。
【図２】Ｎ-chＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図３】図２におけるＴＦＴのＸＹ座標とμｍａｘとの相関を示す特性図。
【図４】図２におけるＴＦＴのＸＹ座標と閾値電圧Ｖthとの相関を示す特性図。
【図５】Ｎ-chＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図６】図５におけるＴＦＴの角度θと距離Ｒとの相関を示す特性図。
【図７】Ｎ-chＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図８】図７におけるＴＦＴのＸ座標とμｍａｘとの相関を示す特性図。
【図９】図７におけるＴＦＴのＸ座標と閾値電圧Ｖthとの相関を示す特性図。
【図１０】Ｎ-chＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図１１】図１０におけるＴＦＴのＹ座標とμｍａｘとの相関を示す特性図。
【図１２】図１０におけるＴＦＴのＹ座標と閾値電圧Ｖthとの相関を示す特性図。
【図１３】Ｎ-chＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図１４】図１２におけるＴＦＴの角度θとμｍａｘとの相関を示す特性図。
【図１５】図１２におけるＴＦＴの角度θと閾値電圧Ｖthとの相関を示す特性図。
【図１６】ＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図１７】図１６におけるＴＦＴのＸ座標とμｍａｘとの相関を示す特性図。
【図１８】図１６におけるＴＦＴのＸ座標と閾値電圧Ｖthとの相関を示す特性図。
【図１９】Ｐ-chＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図２０】図１９におけるＴＦＴのＸ座標とμｍａｘとの相関を示す特性図。
【図２１】図１９におけるＴＦＴのＸ座標と閾値電圧Ｖthとの相関を示す特性図。
【図２２】Ｐ-chＴＦＴチャネル部の二次元結晶粒内の位置を示す説明図。
【図２３】図２２におけるＴＦＴのＹ座標とμｍａｘとの相関を示す特性図。
【図２４】図２２におけるＴＦＴのＹ座標と閾値電圧Ｖthとの相関を示す特性図。
【図２５】本発明に係るＴＦＴを製造する方法を工程順に示す一部の断面図。
【図２６】本発明に係るＴＦＴを製造する方法を工程順に示す一部の断面図。
【図２７】本発明に係るＴＦＴを製造する方法を工程順に示す一部の断面図。
【図２８】本発明のＴＦＴが形成される二次元成長結晶粒を有する半導体膜を形成するための結晶化装置の構成を概略的に示す図。
【図２９】図２８の照明系の内部構成を概略的に示す図。
【図３０】図２８の結晶化装置の位置変調素子の構成を示す図。
【図３１】図３０の単位領域の横断線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ，Ｚ−Ｚ線に夫々対応する光強度分布を示す図。
【図３２】図３１とは異なる形態を示す，図３０の単位領域の横断線Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ，Ｚ−Ｚ線に夫々対応する光強度分布を示す図。
【図３３】本発明の第１の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図３４】本発明の第２の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図３５】本発明の第３の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図３６】本発明の第４の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図３７】本発明の第５の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図３８】本発明の第６の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図３９】本発明の第７の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図４０】本発明の第８の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図４１】本発明の第９の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図４２】本発明の第１０の実施形態における一つの二次元成長結晶粒内にＴＦＴを配置する際の配置方法を示す説明図。
【図４３】本発明の第１１の実施形態に係る表示装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１１，１１１〜１１４…薄膜トランジスタ、１２…半導体層、１３…ソース領域、１４…ドレイン領域、１５…チャネル領域、１７…ゲート電極。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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