(57)【要約】【課題】ガラス基板、下地保護膜、及び結晶性珪素膜に亀裂が入ることを抑制することが可能な結晶性珪素膜の作製方法、及び半導体装置の作製方法を提案することを課題とする。【解決手段】熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下のガラス基板上に、半導体膜を含む層を形成し、当該層を加熱する。次に、加熱された層に、紫外光であって、レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射して、結晶性半導体膜を形成する。ガラス基板上に形成する半導体膜を含む層は、上記加熱後において全応力が−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下となるような層を形成する。【選択図】図１
2008141179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜にレーザビームを照射し前記半導体膜を完全溶融させながら基板の水平方向に結晶を成長させる半導体装置の作製方法であって、
熱膨張率６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下のガラス基板上に、加熱後の全応力が−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下となる半導体膜を含む層を形成し、
前記半導体膜を含む層を加熱し、前記加熱された半導体膜を含む層に紫外光であって、
前記レーザビームの幅が１００μｍ以下で、前記レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、前記レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
半導体膜にレーザビームを照射し前記半導体膜を完全溶融させながら基板の水平方向に結晶を成長させる半導体装置の作製方法であって、
熱膨張率６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下のガラス基板上に、半導体膜を含む層を形成し、
加熱された前記半導体膜を含む層の全応力を−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下とした後、
前記半導体膜を含む層を加熱し、前記加熱された半導体膜を含む層に紫外光であって、
前記レーザビームの幅が１００μｍ以下で、前記レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、前記レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記半導体膜を含む層は、前記ガラス基板上に窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、非晶質珪素膜を順に積層して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１または２において、前記半導体膜を含む層は、前記ガラス基板上に酸化窒化珪素膜、非晶質珪素膜を順に積層して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
熱膨張率が３８×１０−７／℃で厚さが０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下のガラス基板に、厚さ４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の窒化酸化珪素膜、厚さ８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の酸化窒化珪素膜、及び厚さ５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の非晶質半導体膜を順にプラズマＣＶＤ法で成膜し、５００℃以上６５０℃以下で加熱し、前記厚さ４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の窒化酸化珪素膜、厚さ８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の酸化窒化珪素膜、及び厚さ５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の非晶質半導体膜の全応力を−５００Ｎ／ｍ以上−１６Ｎ／ｍ以下とした後、前記加熱された半導体膜を含む層に紫外光であって、レーザビームの幅が１００μｍ以下で、前記レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、前記レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射し、前記半導体膜を完全溶融させながら前記ガラス基板の水平方向に結晶を成長させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
熱膨張率が３１．８×１０−７／℃で厚さが０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下のガラス基板に、厚さ４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の窒化酸化珪素膜、厚さ８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の酸化窒化珪素膜、厚さ５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の非晶質半導体膜を順にプラズマＣＶＤ法で成膜し、５００℃以上６５０℃以下で加熱し、前記厚さ４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の窒化酸化珪素膜、厚さ８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の酸化窒化珪素膜、及び厚さ５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の非晶質半導体膜の全応力を−５００Ｎ／ｍ以上＋２８Ｎ／ｍ以下とした後、前記加熱された半導体膜を含む層に紫外光であって、レーザビームの幅が１００μｍ以下で、前記レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、前記レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射し前記半導体膜を完全溶融させながら前記ガラス基板の水平方向に結晶を成長させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記レーザビームの周波数は、１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板上に絶縁膜を介して半導体素子を有する半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ等の薄膜デバイスに用いられる多結晶半導体の作製方法として、レーザアニール法を用いたものがある。（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、ガラス基板上に下地保護膜である酸化珪素膜を成膜し、酸化珪素膜上に非晶質珪素膜を成膜した後、非晶質珪素膜に含まれる水素の濃度を低減するため加熱を行い、当該非晶質珪素膜にＫｒＦエキシマレーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化して多結晶シリコン膜を形成する。
【特許文献１】特開平５−１８２９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記で示すレーザアニール法を用いる場合、レーザビームのエネルギー密度が高いと、ガラス基板、下地保護膜、または結晶性珪素膜に亀裂が入るという問題がある。このため、薄膜デバイスを有する半導体装置の歩留まりが低くなる。
【０００４】
そこで本発明は、ガラス基板、下地保護膜、または結晶性珪素膜に亀裂が入ることを抑制することが可能な結晶性珪素膜の作製方法、及び半導体装置の作製方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、半導体膜にレーザビームを照射して半導体膜を完全溶融させながらガラス基板または半導体膜の表面の水平方向に結晶を成長させる結晶性珪素膜及び当該結晶性珪素膜を用いた半導体装置の作製方法であって、熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下、好ましくは６×１０−７／℃より大きく３１．８×１０−７／℃以下のガラス基板上に、半導体膜を含む層を形成し、当該層を加熱する。次に、加熱された層に、紫外光であって、レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射して、半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成する。ガラス基板上に形成する半導体膜を含む層は、成膜後での応力は引っ張り応力または圧縮応力を適宜有してよいが、上記加熱後においては、半導体膜を含む層の全応力（膜厚方向に積分した応力）が−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下となるような層を形成する。
【０００６】
熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下、好ましくは６×１０−７／℃より大きく３１．８×１０−７／℃以下のガラス基板上に形成された層に、紫外光であって、レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射すると、当該層に照射されたレーザビームのエネルギーが半導体層からガラス基板表面にまで伝わり、レーザビームの照射部及び近傍に位置するガラス基板表面も加熱される。レーザビームの照射部の直下では、レーザビームのエネルギーの伝達率が高くガラス基板表面が軟化する。また、レーザビームの照射部の近傍では、加熱され体積が膨張するため圧縮応力が生じる。一方、圧縮応力が生じた領域の外側では、該圧縮応力の反作用で引っ張り応力が生じる。
【０００７】
パルス発振のレーザビームが走査され、レーザビームの照射位置がずれると、軟化していたガラス基板表面も徐々に冷却され、体積が収縮し、引っ張り応力が生じる。一方、レーザビームの照射部の近傍では、加熱されたガラス基板表面が室温まで冷却されるが、圧縮応力が残存する。上記引っ張り応力及び圧縮応力の差から、ガラス基板に歪が残存する。この歪がガラス基板の破断応力より大きくなると、ガラス基板に亀裂が入り、ガラス基板表面に形成される層にもクラックが入る。
【０００８】
しかしながら、ガラス基板上に加熱後の全応力が−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下となる半導体膜を含む層を形成することで、ガラス基板表面に生じる歪を緩和することが可能である。この結果、ガラス基板またはその上に形成される層のクラックを低減することができる。
【０００９】
ここで、全応力に対して半導体膜を含む層を構成する各層の膜応力が線型に寄与していると仮定すると、各層の応力をσ、各層の膜厚をｄとすると、全応力は下式より近似的に計算される。このため、半導体膜を含む層を構成する各層において、引っ張り応力が生じている層があっても、他の層において圧縮応力が生じていれば、加熱された後の半導体膜を含む層の全応力は−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下の範囲を満たすことができる。
【００１０】
【数１】
2008141179.tif 000003
【発明の効果】
【００１１】
熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下、好ましくは６×１０−７／℃より大きく３１．８×１０−７／℃以下のガラス基板上に、加熱後の全応力が−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下となる層を形成することにより、ガラス基板上に形成された当該層に、紫外光であって、レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを照射したとき、ガラス基板またはガラス基板上に形成された当該層に亀裂が入ることを抑制することができる。即ち、当該層にレーザビームを照射したときに、レーザビームのエネルギーがガラス基板に伝わり、熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下、好ましくは６×１０−７／℃より大きく３１．８×１０−７／℃以下のガラス基板の一部ではレーザビームの照射による加熱及び冷却の結果熱歪が生じ、当該熱歪によりガラス基板表面の一部において引っ張り応力が生じる。しかしながら、ガラス基板上には圧縮応力を有する層が形成されているため、ガラス基板表面の引っ張り応力を緩和することができる。このため、ガラス基板及びガラス基板上に形成される層に亀裂が入ることを抑制しながら、結晶性珪素膜を形成することができる。また、当該結晶性珪素膜を用いて半導体装置を作製することができる。この結果、半導体装置の不良品を削減することが可能であり、歩留まりを高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の様態を、図面を用いて説明する。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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本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。
【００１３】
（実施の形態１）
図１（Ａ）に示すように、絶縁表面を有するガラス基板１００の片面に、下地保護膜として機能する絶縁膜１０１、１０２を形成し、絶縁膜１０２上に非晶質半導体膜１０３を形成する。次に、非晶質半導体膜の水素を除去するため、非晶質半導体膜を加熱する。このとき、ガラス基板及び下地保護膜として機能する絶縁膜も加熱される。当該加熱後の下地保護膜として機能する絶縁膜１０１、１０２及び非晶質半導体膜１０３が加熱された後の全応力が、−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下となるように、絶縁膜１０１、１０２、及び非晶質半導体膜１０３を形成する。
【００１４】
絶縁表面を有するガラス基板１００としては、熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下、好ましくは６×１０−７／℃より大きく３１．８×１０−７／℃以下のガラス基板を用いる。熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下、好ましくは６×１０−７／℃より大きく３１．８×１０−７／℃以下のガラス基板の代表例としては、ＡＮ１００（旭ガラス社製）、ＥＡＧＬＥ２０００（コーニング社製）等がある。また、絶縁表面を有するガラス基板１００としては、厚さが０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下のガラス基板を用いることができる。ここでは、例えば、厚さ０．７ｍｍのＡＮ１００ガラス基板を用いる。
【００１５】
ガラス基板の片面に絶縁膜１０１、１０２、及び非晶質半導体膜１０３を形成した後の加熱処理としては、非晶質半導体膜に含まれる水素を除去することが可能な温度で加熱すればよい。また、当該加熱処理において下地保護膜として機能する絶縁膜１０１、１０２に含まれる水素が除去されることもある。非晶質半導体膜に含まれる水素を除去することで、後に非晶質半導体膜にレーザビームを照射するとき、非晶質半導体膜から水素が放出されることを回避することが可能であり、レーザビームの照射による膜の耐性を向上させることができる。このような加熱条件としては、ファーネスアニール炉を用い５００℃以上５５０℃以下の温度で１時間以上１０時間以下、好ましくは１時間以上５時間以下加熱することができる。また、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）を用いて５５０℃以上７５０℃以下、好ましくは６００℃以上６５０℃以下で１秒から１０分、好ましくは３分から８分加熱することができる。
【００１６】
また、上記の加熱処理の他に、非晶質半導体膜を結晶化させる加熱処理を行っても良い。この場合、非晶質半導体膜に、結晶化を促進させる金属元素等を添加した後に、加熱処理をおこなってもよい。代表的には、非晶質半導体膜に、ニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金等の金属元素を微量に添加し、その後加熱処理を施すことによって結晶性半導体膜を形成することができる。
【００１７】
ここでは、非晶質半導体膜に含まれる水素、及び下地保護膜として機能する絶縁膜１０１、１０２に含まれる水素を除去するために、６５０℃６分の加熱を行う。
【００１８】
下地保護膜として機能する絶縁膜１０１、１０２としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、アルミナ膜等の化合物、さらには、当該化合物に水素が含まれたもの等を用いることができる。
【００１９】
なお、ここでは酸化窒化珪素膜は、珪素の１．８〜２．３倍、好ましくは１．９２〜２．１６倍の酸素を含む膜をいう。さらには、珪素の０．００１〜０．０５倍、好ましくは０．００１〜０．０１倍の窒素を含んでもよい。さらには、珪素の０．０１〜０．３倍、好ましくは０．０４〜０．２４倍の水素を含んでも良い。このような膜をＳｉＯＮと示す場合もある。また、窒化酸化珪素膜は、珪素の０．１〜０．３倍、好ましくは０．１３〜０．４２倍の酸素、１〜２倍、好ましくは１．１〜１．６倍の窒素を含む膜をいう。さらには、珪素の０．３〜１．２倍、好ましくは０．５１〜０．９１倍の水素を含んでも良い。このような膜をＳｉＮＯと示す場合もある。
【００２０】
非晶質半導体膜１０３としては、珪素、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（０＜ｘ＜０．１））等を用いることができる。
【００２１】
下地保護膜として機能する絶縁膜１０１、１０２及び非晶質半導体膜１０３は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等を適宜用いることができる。なお、成膜時、即ち加熱前の下地保護膜として機能する絶縁膜１０１、１０２及び非晶質半導体膜１０３の応力は、引っ張り応力でも圧縮応力でもよい。
【００２２】
ガラス基板上に形成される半導体膜を含む層の加熱後の全応力は、−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下である。
【００２３】
ここでは、ガラス基板上に形成される層として、絶縁膜１０１、１０２、及び非晶質半導体膜１０３を形成しており、絶縁膜１０１として厚さ１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の窒化酸化珪素膜、絶縁膜１０２として厚さ３０〜１２０ｎｍ、好ましくは８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の酸化窒化珪素膜、非晶質半導体膜１０３として厚さ３０〜２００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の非晶質珪素膜を形成する。
【００２４】
さらには、下地保護膜として機能する絶縁膜として、２つの絶縁膜が積層された構造に限定されず、１層でもよい。即ち、半導体膜を含む層として、下地保護膜として３０〜１２０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成し、その上に３０〜２００ｎｍの非晶質半導体膜を形成することもできる。更には酸化窒化珪素膜の代わりに、３０〜１２０ｎｍの窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜またはアルミナ膜を用いることもできる。この場合においても、絶縁膜及び非晶質半導体膜の加熱後の全応力が−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下である。即ち、加熱後の絶縁膜の膜厚及び膜応力の積は、加熱後の全応力から非晶質半導体膜の膜厚及び加熱後の非晶質半導体膜の膜応力の積を引いた値となる。
【００２５】
さらには、下地保護膜として機能する絶縁膜として、３層以上としてもよい。即ち、半導体膜を含む層として、下地保護膜として３０〜１２０ｎｍの窒化アルミニウム膜、３０〜１００ｎｍの窒化酸化珪素膜、及び３０〜１２０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成し、その上に３０〜２００ｎｍの非晶質半導体膜１０３を形成することもできる。なお、このときの下地保護膜の積層順はガラス基板側から窒化アルミニウム膜、窒化酸化珪素膜、及び酸化窒化珪素膜の組み合わせや、ガラス基板側から窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、及び酸化窒化珪素膜の組み合わせや、ガラス基板側から窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、及び窒化アルミニウム膜の組み合わせ等を適宜用いることができる。更には上記３層構造において、窒化アルミニウム膜の代わりに酸化窒化アルミニウム膜またはアルミナ膜を用いることもできる。この場合においても、絶縁膜及び非晶質半導体膜の加熱後の全応力が−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下である。
【００２６】
ここで、本明細書で用いる応力の測定方法に関して、以下に述べる。本明細書で示す応力はＴｅｎｃｏｒ  ＦＬＸ−２３２０（ＫＬＡテンコール社製）を用いて測定する。Ｔｅｎｃｏｒ  ＦＬＸ−２３２０はストレスのかかった薄膜を有するガラス基板の曲率半径の変化を測定する。薄膜の応力は数式２を用いて求める。
【００２７】
【数２】
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【００２８】
数式２において、Ｅ／（１−ｖ）はガラス基板のニ軸弾性係数を示し、Ｅはガラス基板のヤング率を示し、ｖはガラス基板のポアソン比を示す。また、図２１に示すように、ｈはガラス基板６００の厚さ（ｍ）を示し、ｔは薄膜６０１の厚さ（ｍ）を示し、Ｒはガラス基板６００の曲率半径（ｍ）を示しσはガラス基板６００上に成膜された薄膜６０１の応力（Ｐａ）を示す。
【００２９】
なお、本明細書でガラス基板として用いるＡＮ１００ガラス基板のポアソン比は０．２２、ヤング率は７７ＧＰａのためニ軸弾性係数９８．７ＧＰａであり、ＥＡＧＬＥ２０００ガラス基板のポアソン比は０．２３、ヤング率は７０．９ＧＰａのためニ軸弾性係数９２．０７ＧＰａである。
【００３０】
また、一般的に応力には引っ張り応力と圧縮応力とがある。図２１（Ｂ）に示すように、ガラス基板６００に対して薄膜６０１が収縮しようとするときには、ガラス基板６００は膜の収縮による力と釣合うように、膜の表面が凹になるように変形し、力が釣合うようになる。このように薄膜６０１が収縮しようとするときに生じる応力を引っ張り応力と呼んでいる。一方、図２１（Ｃ）に示すように、薄膜６０１が膨張しようとするときには、ガラス基板６００は膜の膨張による力と釣合うように、膜表面側が凸になる向きに変形し、力が釣合うようになる。このように薄膜６０１が膨張しようとするときに生じる応力を圧縮応力と呼んでいる。一般に、引っ張り応力を＋（プラス）で示し、圧縮応力を−（マイナス）で示すことが多い。
【００３１】
次に、図１（Ｂ）に示すように、非晶質半導体膜１０３にレーザビーム１０４を照射する。図１（Ｂ）は、レーザビームを照射している様子の模式図であり、レーザビーム１０４が照射された非晶質半導体膜は結晶性半導体膜１０５となる。
【００３２】
非晶質半導体膜１０３にレーザビーム１０４を照射し断続的に非晶質半導体膜１０３にエネルギーを与えると、レーザビームは非晶質半導体膜１０３で吸収され、非晶質半導体膜１０３が加熱されるとともに、当該熱がガラス基板に伝導しガラス基板１００も加熱される。このときのガラス基板表面の温度及び応力について、図２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて示す。図２（Ａ）は１ショット目のレーザビームが照射された領域近傍のガラス基板１００の上面図を示す。ここでは、レーザビームはガラス基板上を矢印の方向１１０に走査される形態で示す。また、結晶性半導体膜１０５は既にレーザビームが照射され、非晶質半導体膜が結晶化した領域である。また、非晶質半導体膜１０３は、２ショット目以降のレーザビームが照射される非晶質半導体膜の領域である。また、領域１１１、１１２はレーザビームが照射されている領域である。
【００３３】
ここで、ガラス基板乃至ガラス基板上の層に亀裂が生じる原理について以下に示す。１ショット目のレーザビームが非晶質半導体膜に照射されると、非晶質半導体膜に照射したレーザビームは非晶質半導体膜で吸収され、非晶質半導体膜が加熱されるとともに、当該熱がガラス基板に伝達し、ガラス基板１００の表面が局部的に加熱され、ガラス基板の表面の一部が軟化する。また、軟化した基板の領域１１１の両脇には加熱された基板の領域１１２を有する。
【００３４】
また、図２（Ａ）に示すガラス基板に対応するガラス基板表面の温度を図２（Ｂ）に示す。１ショット目のレーザビームが照射されたときのガラス基板表面の温度曲線１１３で示すように、ガラス基板が軟化した領域１１１では温度が軟化点を超えており、軟化した領域１１１の両脇の加熱された基板の領域１１２では、室温（ＲＴ）より高く軟化点より低い温度である。さらに、既に結晶化された結晶性半導体膜１０５及びまだレーザビームが照射されていない非晶質半導体膜１０３の温度は室温である。
【００３５】
また、図２（Ａ）に示すガラス基板に対応するガラス基板表面の応力を図２（Ｃ）に示す。応力曲線１１４で示すように、ガラス基板が軟化した領域１１１は粘度が低く応力が発生せず応力の値は０である。一方、軟化した領域１１１の両脇の加熱された領域１１２は、室温より高く軟化点より低い温度での加熱状態となり体積が膨張するため、ガラス基板表面に圧縮応力が生じる。また、圧縮応力が生じたガラス基板表面の周辺、即ち結晶化された結晶性半導体膜１０５及びまだレーザビームが照射されていない非晶質半導体膜１０３には、熱拡散による昇温と冷却に伴い引っ張り応力が生じる。
【００３６】
１ショット目のレーザビームの照射が終わると、レーザビーム照射領域の直下のガラス基板において、軟化した領域及びその両脇の加熱された領域は冷却が始まる。図２（Ｄ）はこのときのレーザビームが照射された領域近傍のガラス基板の上面図を示す。また、このときのガラス基板表面の温度及び応力について、それぞれ図２（Ｅ）及び（Ｆ）を用いて示す。
【００３７】
図２（Ｄ）に示すように、ガラス基板の軟化した領域が固化する。図２（Ｄ）において固化した領域を１２１で示す。また、その両脇には加熱された領域１２２がある。また、図２（Ｅ）に示すレーザビームが照射されたガラス基板表面の温度曲線１２３からわかるように、固化した領域１２１及びその両脇の加熱された領域１２２のガラス基板表面の温度は、室温（ＲＴ）より高く軟化点より低い温度である。このときのガラス基板表面の応力を図２（Ｆ）の応力曲線１２４で示す。レーザビームの照射によりガラス基板の温度が軟化点以上となり軟化した後固化した領域１２１は、収縮するため引っ張り応力が生じる。収縮する領域は隣接部分から収縮するのを妨げるような力が加えられるため、収縮領域の隣接部、即ち加熱された領域１２２では圧縮応力が発生する。
【００３８】
さらなる冷却によりガラス基板表面が室温になる。図２（Ｇ）はガラス基板表面が室温になったときのレーザビームが照射された領域近傍のガラス基板の上面図を示す。冷却により固化した領域及び加熱された領域は室温まで冷却され、結晶性半導体膜１３１、１３２となる。このときのガラス基板表面の温度及び応力について、図２（Ｈ）及び（Ｉ）を用いて示す。図２（Ｈ）のレーザビームが照射されたガラス基板表面の温度曲線１３３で示すように、固化した結晶性半導体膜１３１及びその両脇の加熱された結晶性半導体膜１３２の直下のガラス基板表面の温度は、室温（ＲＴ）である。このときのガラス基板表面の応力を図２（Ｉ）の応力曲線１３４で示す。ガラス基板の温度が室温になるとともに、軟化し固化して形成された結晶性半導体膜１３１はさらに収縮する。しかし、当該結晶性半導体膜は隣接部分から収縮するのを妨げられるため、隣接部分の結晶性半導体膜１３２では引っ張り応力が更に高まる。
【００３９】
本発明のレーザビームはパルス発振であり、周波数が１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ未満であるため、レーザビームが照射された半導体膜の結晶化時間と比較してレーザビームのパルス間隔、即ち１ショット目のレーザビームが照射されてから２ショット目のレーザビームが照射されるまでの時間の方が長い。このため、レーザビームの照射により形成された完全溶融部が固化し、非晶質半導体膜の結晶化が終了した後、レーザビームの照射位置またはガラス基板位置が少しずつずらされた２ショット目以降のレーザビームが照射される。レーザビームの照射は、ガラス基板全面に同時に照射されるわけではなく、部分的に照射しながらガラス基板全体にレーザビームを走査して、非晶質半導体膜の完全溶融及び固化を繰り返しながら、固液界面を移動させて、ガラス基板上の非晶質半導体膜全体を結晶化させる。このため、結晶化途中において、ガラス基板表面ではレーザビームの照射により溶融する領域と固化領域とを有する。さらに、レーザビームが照射される領域は徐々に移動されるため、一度レーザビームが照射された領域は、徐々に室温に冷却される。このため、ガラス基板の表面の一部において、部分的に引っ張り応力と圧縮応力が生じる。これを歪という。ガラス基板の熱膨張率が大きい方が加熱による体積の膨張及び収縮率が高く、さらにはガラス基板の軟化点が低い方が低温において軟化しやすく、加熱、軟化、及び冷却に伴って発生する歪が大きくなり、クラックが発生しやすくなる。代表的には、熱膨張率６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下のガラス基板に、ガラス基板表面にまでエネルギーが伝達するようなレーザビームを照射するとクラックが発生しやすくなる。具体的には、レーザビームが照射された領域において、レーザビームの走査方向またはガラス基板の移動方向と平行方向、即ちレーザビームの幅方向において歪み応力が引っ張り応力となる。
【００４０】
レーザビームが照射された領域のガラス基板表面における歪、即ち引っ張り応力が、ガラス基板の破断応力より大きくなると、ガラス基板に亀裂が生じる。いったん亀裂が生じると、亀裂部分に応力が集中するため、亀裂は進行する。その進行方向は引っ張り応力の分布と垂直、即ちレーザビームのスキャン方向と垂直方向であり、レーザビームの長さ方向となる。
【００４１】
しかしながら、本発明のようにガラス基板の表面に加熱後の圧縮応力を有する層が形成されていると、ガラス基板表面における引っ張り応力を低減することが可能である。以上のことから、熱膨張率が６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下、好ましくは６×１０−７／℃より大きく３１．８×１０−７／℃以下のガラス基板上に半導体膜を含む層を形成し、当該半導体膜を含む層を加熱した後、非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成する場合、ガラス基板または半導体膜を含む層に亀裂が入ることを低減することが可能である。
【００４２】
ここで、本発明の半導体膜の結晶化に用いるレーザ照射装置１０００に関して図３を用いて説明する。
【００４３】
レーザ発振器１００１としては、パルス発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。また、レーザ波長は、半導体膜に効率よくレーザビームが吸収されるように可視〜紫外領域（８００ｎｍ以下）、好ましくは紫外領域（４００ｎｍ以下）とする。レーザ発振器としては、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ等のエキシマレーザ発振器、Ｎ２、Ｈｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅ、ＨＦ等の気体レーザ発振器、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３、ＳｃＯ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ、又はＴｍをドープした結晶を使った固体レーザ発振器、ヘリウムカドミウムレーザ等の金属蒸気レーザ発振器等を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波の第３高調波〜第５高調波を適用するのが好ましい。
【００４４】
代表的には、レーザビームとして波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザビームや、ＹＡＧレーザの第３高調波、第４高調波を用いる。
【００４５】
結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ未満、好ましくは１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚとし、レーザエネルギー密度を０．５〜５Ｊ／ｃｍ２（代表的には１〜２Ｊ／ｃｍ２）とする。また、ＹＡＧレーザを用いる場合にはその第３高調波を用いパルス発振周波数１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ未満とし、レーザエネルギー密度を０．５〜５Ｊ／ｃｍ２（代表的には１〜２Ｊ／ｃｍ２）とすると良い。レーザビームのパルス発振周波数を１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ未満とすることで、結晶成長時間よりもパルス間隔を長くすることが可能であり、本発明のレーザビームの照射により非晶質半導体膜の完全溶融及び凝固を繰り返しながら、固液界面を移動させて結晶化を行うことができる。
【００４６】
また、レーザビームの幅１００μｍ以下、好ましくは５〜５０μｍで線状に集光したレーザビームをガラス基板全面に渡って照射する。レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であるレーザビームは、単位面積当たりのエネルギーが高く、この結果レーザビームのプロファイルの立ち上がりが急峻となる。また、レーザビームのプロファイルは、平坦な領域を有さず、最大値の半分の値が半導体膜を溶融するエネルギー以上であり、且つ最大値が半導体膜の蒸発エネルギー以下である。
【００４７】
また、レーザのパルス幅は、半導体膜の溶融状態を維持して横成長距離を伸ばすために、なるべく長い方が良い。しかしながら、パルス幅が長すぎるとガラス基板等への熱伝導による冷却の寄与が大きくなり、半導体膜に照射されたレーザビームのエネルギーが無駄となる。よって、パルス幅としては、２０ナノ秒〜５００ナノ秒、好ましくは５０ナノ秒〜５００ナノ秒、さらに好ましくは１５０ナノ秒〜３００ナノ秒とする。
【００４８】
また、レーザ発振器１００１としては、レーザビームをＴＥＭ００（シングル横モード）で発振して射出すると、被照射面において得られる線状のビームスポットの集光性が高く、エネルギー密度を高くすることができるので好ましい。また、固体レーザを用いることで、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理を行うことができる。
【００４９】
以下の光学系の具体例において、レンズの配置は、レーザビームの進行方向を前方としている。また、レンズはレーザビームの入射側を第１面、射出側を第２面と表す。また、曲率中心がレンズからみてレーザビーム入射側にあるときは負の曲率半径とし、射出側にあるときは正の曲率半径とし、平面の場合は∞とする。さらに、用いるレンズはすべて合成石英ガラス製（屈折率１．４８５６３４）とするが、これに限らない。また、用いるレーザの波長により合成石英ガラスの表面に施されているコーティングを適切なものに変えれば、さまざまなレーザに適用できる。
【００５０】
レーザ発振器１００１から射出されたレーザビームは、ビームエキスパンダー１００２によって長さ方向および幅方向ともにそれぞれ拡大してもよい。ビームエキスパンダー１００２の代表例としては、１組の球面レンズがある。具体的には、レーザ発振器側に設けられる球面レンズは、第１面の曲率半径が負であり第２面が平面である。また、被照射面側に設けられる球面レンズは、第１の面が平面であり、第２面の曲率半径が負である。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザビームの形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザビームの大きさ等によっては用いなくてもよい。
【００５１】
ビームエキスパンダー１００２から射出されたレーザビームは、レーザビームの長さ方向のエネルギーを均一化する光学系１００３を透過することで、レーザビームの長さ方向のエネルギーが均一化される。代表例としては、１組のシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズがある。１組のシリンドリカルレンズアレイにより、ビームスポットが長さ方向に分割される。レーザ発振器側のシリンドリカルレンズアレイは、第１面の曲率半径が正で、第２面が平面であるシリンドリカルレンズを曲率方向に複数並べたものである。また被照射面側のシリンドリカルレンズアレイは、第１面の曲率半径が負で、第２面が平面であるシリンドリカルレンズを曲率方向に複数並べたものである。また、１組のシリンドリカルレンズアレイによって長さ方向に分割されたレーザビームは、第１面の曲率半径が正の長さ方向集光用シリンドリカルレンズにより、レーザビームが集光される。これにより、レーザビームのビームスポットの長さ方向のエネルギー分布の均一化がなされ、レーザビームの長さ方向の長さが決定される。
【００５２】
また、レーザビームの長さ方向のエネルギーを均一化する光学系１００３として、第１面の曲率半径が正、第２面の曲率半径が負となるような両凸シリンドリカルレンズ等を使用しても良い。
【００５３】
レーザビームの長さ方向のエネルギーを均一化する光学系１００３から射出されたレーザビームは、レーザビームの幅方向のエネルギーを均一化する光学系１００４を透過することで、レーザビームの幅方向のエネルギーが均一化される。レーザビームの幅方向のエネルギーを均一化する光学系１００４の代表例としては、一組のシリンドリカルレンズアレイがある。発振器側のシリンドリカルレンズアレイは、第１面の曲率半径が正で第２面は平面であるシリンドリカルレンズを曲率方向に複数並べたものである。被照射面側のシリンドリカルレンズアレイは第１面の曲率半径が負で第２の面は平面であるシリンドリカルレンズを曲率方向に複数並べたものである。これらのレンズにより、レーザビームの幅方向のエネルギー分布が均一化される。
【００５４】
レーザビームの幅方向のエネルギーを均一化する光学系１００４から射出されたレーザビームは、ミラー１００５により、光路が変更される。ここでは、ミラー１００５によりレーザビームの光路が鉛直方向に変更される。
【００５５】
ミラー１００５により光路が変更されたレーザビームは、一つまたは複数のレンズで集光性（解像度）が高められたプロジェクションレンズ１００６でレーザビームの幅方向の結像が行われる。プロジェクションレンズの構成はレーザビームの幅方向の長さにあわせて適宜用いることができる。プロジェクションレンズ１００６として、焦点深度を高めるため複数のレンズを用いることで、レーザビームの幅方向の長さが１００μｍ以下、好ましくは５μｍ〜５０μｍのレーザビームを結像することができる。また、プロジェクションレンズ１００６として、ダブレットシリンドリカルレンズを用いることもできる。ここでダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことをいう。レーザ発振器側のシリンドリカルレンズは第１面の曲率半径及び第２面の曲率半径が正で、第１面の曲率半径が第２面の曲率半径より大きいレンズを用い、被照射面側のシリンドリカルレンズは第１面の曲率半径が正、第２面の曲率半径が負である。これにより、レーザビームのビームスポットの幅方向の長さが決定される。
【００５６】
プロジェクションレンズ１００６及び被照射面である非晶質半導体膜１０３の間にシリンドリカルレンズ１００７を配置する。シリンドリカルレンズ１００７は、レーザビームの長さ方向に曲率を有するように配置する。ここでは、シリンドリカルレンズ１００７として、凹レンズを挿入することで、レーザビームの光路長を制御し、集光位置を照射面に一致させて、前記被照射面上に像を形成することができる。つまり、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上の線状のレーザビームの被照射面におけるエネルギー分布の均一性を高めることができる。
【００５７】
さらには、上記の光学系に限定されず、レーザビームを線状に集光することが可能な光学系を適宜用いることができる。また、位相シフトマスクを用いて急峻なプロファイルを有するレーザビームを被照射面上に結像してもよい。
【００５８】
次にレーザビームの照射方法について説明する。被照射面である非晶質半導体膜１０３が形成されたガラス基板１００は吸着ステージ１００８に固着される。吸着ステージ１００８は、Ｘ軸用の一軸ロボットとＹ軸用の一軸ロボットにより、被照射面である非晶質半導体膜１０３に平行な面上をＸＹ方向に動作できる。線状のレーザビームの長さ方向とＹ軸を一致させて配置する。次に、レーザビームの幅方向、つまりＸ軸に沿って吸着ステージ１００８を動作させ、レーザビームを被照射面である非晶質半導体膜１０３に照射する。
【００５９】
レーザビームが照射されることによって半導体膜の膜厚方向に完全溶融した領域が形成され、当該領域が固化される過程で結晶が成長し、結晶性半導体膜を形成することができる。なお、Ｘ軸用の吸着ステージ１００８の走査速度は、結晶の成長距離とレーザ発振器の発振周波数の積により決定する。例えば、結晶の成長距離が２μｍ、レーザの発振周波数が１０ｋＨｚの場合、２０ｍｍ／ｓｅｃで、基板またはレーザビームを走査すればよい。
【００６０】
なお、本実施の形態では、Ｘ軸用およびＹ軸用の二軸ロボットを用いて、吸着ステージ１００８を移動させてガラス基板上の非晶質半導体膜１０３全体にレーザビームを走査する被照射面移動型を用いている。これに限らず、レーザビームの走査は、吸着ステージ１００８を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型を用いた方法や、被照射面移動型及び照射系移動型の両方を用いた方法を採用することができる。
【００６１】
さらに、形成された結晶性半導体膜の幅の分だけ、Ｙ軸用の一軸ロボットを移動させ、再度Ｘ軸用の一軸ロボットを所定の速度で走査させる。このような一連の動作を繰り返すことにより、大面積ガラス基板上に形成される半導体膜全面を効率よく結晶化することができる。
【００６２】
ここで、本発明における結晶化の様子について図１９及び図２０を用いて説明する。
【００６３】
図１９（Ａ）は、非晶質半導体膜１０３にレーザビーム１０４を走査するときの上面図であり、図１９（Ａ）の領域１０５ａの拡大図を図１９（Ｂ）〜（Ｆ）に示す。
【００６４】
レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、レーザビームのプロファイルの立ち上がりが急峻、即ちレーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるレーザビーム１０４（１ショット目）を非晶質半導体膜１０３に照射する。
【００６５】
レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であるレーザビームは、単位面積当たりのエネルギーが高く、この結果レーザビームのプロファイルの立ち上がりが急峻となる。また、レーザビームのプロファイルは曲線であり平坦な領域を有さず、最大値の半分の値が半導体膜を溶融するエネルギー以上であり、且つ最大値が半導体膜の蒸発エネルギー以下である。
【００６６】
このようなレーザビーム１０４を非晶質半導体膜１０３に照射すると、エネルギー密度の高い領域のレーザビームが照射された半導体膜は、膜厚方向において完全に溶融する。なお、レーザビームの端部においてはエネルギー密度が低い。このため、レーザビームが照射された半導体膜は端部及び中央の温度を比較すると、端部の方が低く、急峻な温度勾配が生じる。このため、図１９（Ｂ）に示す矢印のように溶融部１５２の端部から中央部に向けて結晶化が進む。このとき、結晶化の成長方向は、ガラス基板表面または半導体膜の表面に対して水平方向（以下、ラテラル方向）に進む。
【００６７】
本発明のレーザビームのパルス間隔は数マイクロ秒以上であるが、溶融した半導体膜が融点から室温まで冷却される時間は数マイクロ秒であるため、１ショット目のレーザビームが照射され２ショット目のレーザビームが照射される前に、溶融部が固化し半導体膜の結晶成長は終了する。半導体膜の結晶成長が終了すると、図１９（Ｃ）に示すように、レーザビームが照射された領域の端部から結晶化してきた結晶粒１５３、１５４が溶融部のほぼ中央でぶつかり、凸部１５５が形成される。
【００６８】
次に、図１９（Ｄ）に示すように、２ショット目のレーザビームの送り幅（ピッチｌ）を、結晶の成長距離ｄ未満とし、結晶粒１５３の一部、結晶粒の間に形成される凸部１５５、結晶粒１５４、及び非晶質半導体膜１０３の一部に、レーザビーム（２ショット目）を照射し、膜厚方向において半導体膜を完全に溶融させる。このとき、図１９（Ｃ）における結晶粒１５３において、２ショット目のレーザビームが照射されなかった領域を図１９（Ｄ）において結晶粒１５６と示す。２ショット目のレーザビームは、１ショット目のレーザビームと同様の条件であり、半導体膜の溶融部１５７において温度勾配が生じ、溶融部の端部から中央に向けてラテラル方向に結晶化が進む。また、レーザビームが紫外光であるため、非晶質半導体領域だけでなく、１ショット目のレーザビームが照射されたことにより形成される結晶性半導体領域をも再度溶融することができる。このとき、結晶粒１５６の結晶方位を保持しながら溶融部が固化して結晶化が進む。このため、図１９（Ｅ）に示すように、レーザビームの走査方向またはガラス基板の移動方向の反対方向に伸びた結晶粒１６０と、結晶粒１６１と、結晶粒１６０及び結晶粒１６１がぶつかった凸部１６２が形成される。
【００６９】
上記のように、レーザビームの送り幅（ピッチｌ）を、結晶の成長距離ｄ未満とし、レーザビームの幅が１００μｍ以下、好ましくは５〜５０μｍであり、レーザビームのプロファイルの立ち上がりが急峻であり、レーザビームのプロファイル半値幅が５０μｍ以下であるレーザビームを一方向に走査しながら非晶質半導体膜１０３に照射すると、図１９（Ｆ）に示すように、一方向に結晶粒１６３が伸びた結晶性珪素膜、即ちラテラル方向に結晶成長した結晶性半導体膜を形成することができる。ラテラル方向に結晶成長した結晶性半導体膜は結晶粒が大きいため、当該結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成することで、特性を高めた半導体素子を形成することができる。代表的には、結晶の成長方向と薄膜トランジスタのチャネル形成領域でキャリアが進む方向とが平行になるように薄膜トランジスタの半導体層をレイアウトすることで、チャネル形成領域に含まれる結晶粒界が少なくなり、薄膜トランジスタの移動度が高くなり、オフ電流を抑えることができ、薄膜トランジスタの特性を高めることができる。
【００７０】
次に、図１９とは異なる結晶性珪素膜を形成することが可能な結晶化方法について、図２０を用いて説明する。図２０（Ａ）は、非晶質半導体膜１０３にレーザビーム１０４を走査するときの上面図であり、図２０（Ａ）の領域１０５ａの拡大図を図２０（Ｂ）〜（Ｆ）に示す。
【００７１】
図２０で示す結晶化方法は、図１９で示す結晶化方法と比較してレーザビームの送り幅（ピッチｌ）が異なる。
【００７２】
図１９（Ａ）及び（Ｂ）と同様に、図２０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、レーザビームの幅が１００μｍ以下、好ましくは５〜５０μｍであり、レーザビームのプロファイルの立ち上がりが急峻であり、レーザビームのプロファイル半値幅が５０μｍ以下であるレーザビーム（１ショット目）を非晶質半導体膜１０３に照射し、膜厚方向において半導体膜を完全に溶融させる。半導体膜は溶融部１５２の端部及び中央において急峻な温度勾配が生じるため、図２０（Ｂ）に示す矢印のように溶融部の端部から中央部に向けて結晶化が進む。半導体膜の結晶成長が終了すると、図２０（Ｃ）に示すように、端部から結晶化してきた結晶粒１５３、１５４が溶融部のほぼ中央でぶつかり、凸部１５５が形成される。
【００７３】
次に、図２０（Ｄ）に示すように、凸部１５５をはずすように２ショット目のレーザビームを照射する。即ち、レーザビームの送り幅（ピッチｌ）を、結晶の成長距離ｄより大きく２ｄ未満とし、結晶粒１５４の一部及び非晶質半導体膜１０３の一部にレーザビーム（２ショット目）を照射し、膜厚方向において半導体膜を完全に溶融させる。このとき、図２０（Ｃ）における結晶粒１５４において２ショット目のレーザビームが照射されなかった領域を、図２０（Ｄ）において結晶粒１７４と示す。２ショット目も１ショット目のレーザビームと同様の条件であり、溶融部１７７において温度勾配が生じ、端部から中央部に向けて結晶化が進む。このとき、結晶粒１７４の結晶方位を保持しながら溶融部において結晶化が進む。即ちラテラル方向に結晶が成長する。このため、図２０（Ｅ）に示すように、レーザビームの走査方向またはガラス基板の移動方向の反対方向に伸びた結晶粒１７８と、結晶粒１７９と、結晶粒１７８及び結晶粒１７９がぶつかった凸部１８０が形成される。
【００７４】
上記のように、レーザビームの送り幅（ピッチｌ）を、結晶の成長距離ｄより大きく２ｄ未満とし、レーザビームの幅が１００μｍ以下、好ましくは５〜５０μｍであり、レーザビームのプロファイルの立ち上がりが急峻であり、レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるレーザビーム１０４を一方向に走査しながら非晶質半導体膜１０３に照射すると、結晶粒及び凸部が交互に形成された結晶性珪素膜を形成することができる。
【００７５】
ラテラル成長した結晶性半導体膜は結晶粒が大きいため、当該結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成することで、特性を高めた半導体素子を形成することができる。代表的には、凸部をはずし、且つ結晶の成長方向と薄膜トランジスタのチャネル形成領域でキャリアが進む方向とが平行になるように、薄膜トランジスタの半導体層をレイアウトすることで、チャネル形成領域に含まれる結晶粒界が少なくなり、薄膜トランジスタの移動度が高くなり、オフ電流を抑えることができ、薄膜トランジスタの特性を高めることができる。
【００７６】
次に、本発明の半導体膜の結晶成長方法と、従来のエキシマレーザを用いた結晶成長方法の違いについて、図２２を用いて説明する。
【００７７】
図２２（Ａ）は、本発明の半導体膜の結晶成長に関する断面図及びレーザビームのプロファイルを示す。半導体膜の結晶成長に関する断面図はレーザビームが走査される方向（図中の矢印で示す。）に対して平行な方向における断面図を示す。
【００７８】
本発明の結晶化方法に用いるレーザビームは、幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上である。このため、単位面積当たりのエネルギー密度が高く、この結果レーザビームのプロファイル１０７の立ち上がりが急峻となる。このようなレーザビームを非晶質半導体膜１０３に照射すると、プロファイル１０７の高いレーザビームが照射された領域１１１は膜厚方向に対して完全溶融する。レーザビームのプロファイル１０７は、立ち上がりが急峻であるので、半導体膜中においてビームの幅方向に沿って、半導体膜の表面と水平方向に急峻な温度勾配が発生し、完全溶融領域と固相領域が隣接し、固液界面が半導体膜表面に垂直な方向に発生する。固液界面は温度勾配に従い、矢印の方向に移動するため、ラテラル方向に結晶成長が生じる。
【００７９】
図２２（Ｂ）に、従来のエキシマレーザを用いた半導体膜の結晶成長に関する断面図及びレーザビームのプロファイルを示す。半導体膜の結晶成長に関する断面図はレーザビームが走査される方向（図中の矢印で示す。）に対して平行な方向における断面図を示す。
【００８０】
従来のエキシマレーザビームは、幅が数百μｍ以上である。このため、単位面積当たりのエネルギー密度が３００〜５００ｍＪ／ｃｍ２と低い。
【００８１】
このため、このようなレーザビームが非晶質半導体膜１０３に照射されると、部分溶融であり、非晶質半導体膜の表面は溶融するが、底部（即ち絶縁膜１０２に接する側）まで完全に溶融せず、底部に固体の半導体１９２が残存する。
【００８２】
非晶質半導体膜１０３の表面と比較して底部の方の温度が低く、半導体膜の表面に垂直な方向に温度勾配が生じているため、底部に残存する固体の半導体１９２が種となり、矢印に示すように非晶質半導体膜の底部から表面へ固液界面が移動して結晶化が進む。即ち、非晶質半導体膜の表面に対して垂直方向に結晶成長が生じ、同様の方向に結晶粒界が形成される。また、ガラス基板の温度は、ガラス基板の軟化点以下に保たれるため、非晶質半導体膜にレーザビームを照射してもガラス基板上に形成される層にクラックが生じない。
【００８３】
従来のエキシマビームを用いた半導体膜の結晶化方法により形成された結晶性半導体膜と比較して、本発明の結晶化方法により形成された結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成すると、結晶の成長方向と薄膜トランジスタのチャネル形成領域でキャリアが進む方向とが平行になるように、薄膜トランジスタの半導体層をレイアウトすることが可能であり、チャネル形成領域に含まれる結晶粒界が少なくなり、薄膜トランジスタの移動度が高くなり、オフ電流を抑えることができ、薄膜トランジスタの特性を高めることができる。
【００８４】
以上の工程により、図１（Ｃ）に示すように、非晶質半導体膜全体にレーザビーム１０４を照射して結晶性半導体膜１０５を形成する。
【００８５】
この後、結晶性半導体膜を選択的にエッチングして、半導体膜を形成し、当該半導体膜を用いて半導体素子を形成する。半導体素子としては、薄膜トランジスタ、フローティングゲートや電荷蓄積層を有する不揮発性記憶素子、ダイオード、容量素子、抵抗素子等を形成することができる。ここでは、図１（Ｄ）に示すように薄膜トランジスタ１５０を形成する。
【００８６】
また、半導体素子を用いて半導体装置を作製することができる。
【００８７】
なお、本実施の形態においては、絶縁膜１０１とガラス基板１００との間に剥離膜を設け、工程終了後にガラス基板１００から絶縁膜１０１上に形成される半導体素子を剥離してもよい。この後、可撓性を有する基板に半導体素子を貼り付けることで、薄型で軽量な半導体装置を作製することができる。
【００８８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置について図４、及び図５を用いて説明する。
【００８９】
図４（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に熱膨張率６×１０−７／℃より大きく３８×１０−７／℃以下のガラス基板１００上に絶縁膜１０１、１０２を形成し、絶縁膜１０２上に非晶質半導体膜１０３を形成する。ここでは、ガラス基板１００として、熱膨張率が３８×１０−７／℃で厚さ０．７ｍｍのＡＮ１００を用いる。また、絶縁膜１０１としては、厚さ４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の窒化酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成し、絶縁膜１０２としては厚さ８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の酸化窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。また、非晶質半導体膜１０３としてプラズマＣＶＤ法により厚さ２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の非晶質半導体膜を形成する。
【００９０】
次に、ガラス基板１００を加熱する。ここでは、ガラス基板１００上に形成された非晶質半導体膜の水素を除去するための加熱を行う。当該加熱のほかに、非晶質半導体膜を結晶化させるための加熱を行ってもよい。ガラス基板１００を加熱することにより、ガラス基板上の層の全応力は、−５００Ｎ／ｍ以上＋５０Ｎ／ｍ以下、好ましくは−１５０Ｎ／ｍ以上０Ｎ／ｍ以下となる。このような層に後にレーザビーム１０４を照射しても、ガラス基板乃至ガラス基板上の層にクラックが入ることを低減することができる。ここでは、ガラス基板１００を５００℃で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱する。
【００９１】
次に、図４（Ｂ）に示すように、非晶質半導体膜１０３にレーザビーム１０４を照射する。このときのレーザビーム１０４は、レーザビームの幅が１００μｍ以下で、レーザビームの幅に対するレーザビームの長さの比が１対５００以上であり、レーザビームのプロファイルの半値幅が５０μｍ以下であるパルス発振のレーザビームを選択する。この結果、絶縁膜１０２上に、レーザビームの走査方向に結晶を成長させた結晶性半導体膜１０５を形成することができる。ここでは、レーザビーム１０４としてエキシマレーザビームを用いる。
【００９２】
次に、図４（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜１０５を選択的にエッチングして半導体膜２０１〜２０３を形成する。ここでは、結晶性半導体膜１０５のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等を用いることができる。ここでは、結晶性半導体膜１０５上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。次に、レジストマスクを用いてＳＦ６：Ｏ２の流量比を４：１５としたドライエッチング法により、結晶性半導体膜１０５を選択的にエッチングする。この後、レジストマスクを除去する。
【００９３】
次に、図４（Ｄ）に示すように、半導体膜２０１〜２０３上にゲート絶縁膜２０４を形成する。ゲート絶縁膜は、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素等の単層又は積層構造で形成する。ここでは、厚さ１１５ｎｍの酸化窒化珪素をプラズマＣＶＤ法により形成する。
【００９４】
次にゲート電極２０５〜２０８を形成する。ゲート電極２０５〜２０８は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。金属を用いる場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。また、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第１の層と当該金属から成る第２の層とを積層させた構造としても良い。また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成して形成することができる。また、ゲート絶縁膜上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成して形成することができる。微粒子の代表例としては、金、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金のいずれかを主成分とする微粒子でもよい。ここでは、ゲート絶縁膜２０４上に、膜厚３０ｎｍｍの窒化タンタル膜及び、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化タンタル膜、及びタングステン膜を選択的にエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した形状のゲート電極２０５〜２０８を形成する。
【００９５】
次に、ゲート電極２０５〜２０８をマスクとして、半導体膜２０１〜２０３にそれぞれｎ型を付与する不純物元素及びｐ型を付与する不純物元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域２０９〜２１４及び高濃度不純物領域２１５を形成する。また、ゲート電極２０５〜２０８の一部に重複する低濃度不純物領域２１６〜２２３を形成する。ここでは、ソース領域及びドレイン領域２０９、２１０、２１３〜２１５、及び低濃度不純物領域２１６、２１７、２２０〜２２３に、ｐ型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。また、ソース領域及びドレイン領域２１１、２１２、及び低濃度不純物領域２１８、２１９に、ｎ型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。
【００９６】
この後、半導体膜に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行う。ここでは、窒素雰囲気で５５０度４時間の加熱を行う。以上の工程により、薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。なお、薄膜トランジスタ２２５、２２７としてはｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタ２２６としてはｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５及びｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６により駆動回路を構成する。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２７は、画素電極に電圧を印加する素子として機能する。
【００９７】
次に、図５（Ａ）に示すように、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜を形成する。ここでは、第１の層間絶縁膜として酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。また、第１の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７のソース領域及びドレイン領域に接続する配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。ここでは、スパッタリング法により、Ｔｉ膜１００ｎｍ、Ａｌ膜３３３ｎｍ、Ｔｉ膜１００ｎｍを連続的に形成した後、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【００９８】
次いで、第１の層間絶縁膜、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０上に、第２の層間絶縁膜２４１を形成する。第２の層間絶縁膜２４１としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの無機絶縁膜を用いることができ、これらの絶縁膜を単層又は２以上の複数層で形成すればよい。また、無機絶縁膜を形成する方法としてはスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いればよい。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍの窒化酸化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化酸化珪素膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９、及び接続端子２４０に達するコンタクトホールを形成するとともに、第２の層間絶縁膜２４１を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【００９９】
本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜２４１を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。
【０１００】
次に、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９に接続する第１の画素電極２４２、及び接続端子２４０と接続する導電膜２４４を形成する。液晶表示装置が透光型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を透光性を有する導電膜で形成する。また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を反射性を有する導電膜で形成する。ここでは、第１の画素電極２４２及び導電膜２４４は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
【０１０１】
次に、配向膜として機能する絶縁膜２４３を形成する。絶縁膜２４３は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜を印刷法、ロールコート法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。また、ＳｉＯをガラス基板に対して斜めから蒸着して形成することができる。また、光反応型の高分子化合物に偏光したＵＶ光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させて形成することができる。ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜を印刷法により印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。
【０１０２】
次に、図５（Ｂ）に示すように、対向基板２５１に第２の画素電極２５３を形成し、第２の画素電極２５３上に配向膜として機能する絶縁膜２５４を形成する。なお、対向基板５１及び第２の画素電極２５３の間に着色膜２５２を設けても良い。
【０１０３】
対向基板２５１としては、ガラス基板１００と同様の材料を適宜選択することができる。また、第２の画素電極２５３は第１の画素電極２４２と同様の方法で形成することができる。また、配向膜として機能する絶縁膜２５４は、絶縁膜２４３と同様に形成することができる。着色膜２５２としては、カラー表示を行う場合に必要な膜であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色膜を各画素に対応して形成する。
【０１０４】
次に、ガラス基板１００及び対向基板２５１をシール材２５７で貼り合わせる。また、ガラス基板１００及び対向基板２５１の間に液晶層２５５を形成する。また、液晶層２５５は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４、及びシール材２５７で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。また、対向基板２５１の一方の表面にシール材２５７を形成し、シール材に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、対向基板２５１及びガラス基板１００を減圧下においてシール材で圧着することで液晶層２５５を形成することができる。
【０１０５】
シール材２５７としては、熱硬化型のエポキシ樹脂、ＵＶ硬化型のアクリル樹脂、熱可塑型のナイロン、ポリエステル等を、ディスペンサ法、印刷法、熱圧着法等を用いて形成することができる。なお、シール材２５７にフィラーを散布することにより、ガラス基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つことができる。ここでは、シール材２５７として熱硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成する。
【０１０６】
また、ガラス基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４の間にスペーサ２５６を設けてもよい。スペーサとしては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。また、スペーサとしてビーズスペーサを用いてもよい。ここでは、スペーサ２５６としてビーズスペーサを用いる。
【０１０７】
また、図示しないが、ガラス基板１００、対向基板２５１の一方又は両方に偏光板を設ける。
【０１０８】
次に、図５（Ｃ）に示すように、端子部２６３においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子（図５（Ｃ）においては、ソース配線またはドレイン配線に接続される接続端子２４０を示す。）が形成されている。接続端子２４０に、導電膜２４４及び異方性導電膜２６１を介して外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）２６２を接続する。接続端子２４０は導電膜２４４及び異方性導電膜２６１を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。
【０１０９】
駆動回路部２６４においては、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成される。ここでは、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５が配置されている。なお、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６及びｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５によりＣＭＯＳ回路が形成されている。
【０１１０】
画素部２６５には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子２５８が形成されている。液晶素子２５８は、第１の画素電極２４２、第２の画素電極２５３及びその間に充填されている液晶層２５５が重なっている部分である。液晶素子２５８が有する第１の画素電極２４２は、薄膜トランジスタ２２７と電気的に接続されている。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、画素部及び駆動回路部において、実施の形態１に示す工程で作製される薄膜トランジスタを用いた形態を示したが、これに限定される物ではない。例えば、駆動回路部を構成する薄膜トランジスタ等の半導体素子を実施の形態１に示す工程で作製し、画素部を構成する薄膜トランジスタを非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタで形成することもできる。
【０１１２】
以上の工程により液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態で示す液晶表示装置は、作製工程において、ガラス基板乃至ガラス基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く液晶表示装置を作製することが可能である。
【０１１３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。
【０１１４】
図６（Ａ）に示すように、実施の形態２と同様の工程により、ガラス基板１００上に絶縁膜１０１、１０２を介して薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。また、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜として、酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。また、第１の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７の半導体膜に接続する配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４を形成する。
【０１１５】
次に、第１の層間絶縁膜、配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４上に、第２の層間絶縁膜３１５を形成する。次に、薄膜トランジスタ２２７の配線３１３に接続する第１の電極３１６、及び接続端子３１４と接続する導電膜３２０を形成する。第１の電極３１６及び導電膜３２０は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
【０１１６】
本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜３１５を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。
【０１１７】
次に、第１の電極３１６の端部を覆う有機絶縁物膜３１７を形成する。ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って駆動回路、画素領域の第１の電極３１６、及び画素領域の周辺部における第２の層間絶縁膜３１５が露出されるように有機絶縁物膜３１７を形成する。
【０１１８】
次に、第１の電極３１６及び有機絶縁物膜３１７の一部上に蒸着法により発光物質を含む層３１８を形成する。発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物、または発光性を有する無機化合物で形成する。また、発光物質を含む層３１８を、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。また、発光物質を含む層３１８を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。
【０１１９】
ここでは、赤色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（アセチルアセトナト）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））が添加されたＮＰＢを３０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍの厚さに積層して形成する。
【０１２０】
また、緑色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、クマリン５４５Ｔ（Ｃ５４５Ｔ）が添加されたＡｌｑ３を４０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍの厚さに積層して形成する。
【０１２１】
また、青色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）が添加された、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ：）を３０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍの厚さに積層して形成する。
【０１２２】
さらには、赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の発光物質を用いて発光物質を含む層を形成することで、白色の発光性の画素を形成してもよい。白色の発光性の画素を設けることにより、消費電力を削減することが可能である。
【０１２３】
次に、発光物質を含む層３１８、及び有機絶縁物膜３１７上に第２の電極３１９を形成する。ここでは、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。この結果第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、及び第２の電極３１９により発光素子３２１を構成する。
【０１２４】
ここで、発光素子３２１の構造について説明する。
【０１２５】
発光物質を含む層３１８に、有機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４３と示す。）を形成することで、発光素子３２１は有機ＥＬ素子として機能する。
【０１２６】
発光性の有機化合物としては、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５、クマリン５４５Ｔ、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、５，１２−ジフェニルテトラセン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）等が挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］（ピコリナト）イリジウム（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス｛２−［３’，５’−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’｝（ピコリナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））などの燐光を放出できる化合物用いることもできる。
【０１２７】
また、図７（Ａ）に示すように、第１の電極３１６上に正孔注入性材料で形成される正孔注入層３４１、正孔輸送性材料で形成される正孔輸送層３４２、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３、電子輸送性材料で形成される電子輸送層３４４、電子注入性材料で形成される電子注入層３４５により形成された発光物質を含む層３１８、及び第２の電極３１９で発光素子３２１を形成してもよい。
【０１２８】
正孔輸送性材料は、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）の他、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−ジ（ｍ−トリル）アミノ］フェニル−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡなどに代表される芳香族アミン化合物は、正孔を発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。
【０１２９】
正孔注入性材料は、上記正孔輸送性材料の他、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）やポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。また、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニッケルなどの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウムなどの無機絶縁体の超薄膜も有効である。
【０１３０】
ここで、電子輸送性材料は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。
【０１３１】
電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、フッ化カルシウムのようなアルカリ土類ハロゲン化物、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ））や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。
【０１３２】
また、図７（Ｂ）に示すように、第１の電極３１６、有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３、有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７により形成された発光物質を含む層３１８、並びに第２の電極３１９で発光素子３２１を形成してもよい。
【０１３３】
有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６は、有機化合物として、上記した正孔輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物から電子を受け取りやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物が電子受容性を示しやすく好適である。具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。また、上述した金属酸化物の中でも、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、好ましい一群である。特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
【０１３４】
有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７は、有機化合物として上記した電子輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物に電子を与えやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物が電子供与性を示しやすく好適である。具体的には、酸化リチウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化エルビウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどが挙げられる。特に酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
【０１３５】
有機化合物及び無機化合物で形成される電子輸送層３４７又は正孔輸送層３４６は、電子注入・輸送特性が優れているため、第１の電極３１６、第２の電極３１９共に、ほとんど仕事関数の制限を受けることなく、種々の材料を用いることができる。また駆動電圧を低減することが可能である。
【０１３６】
また、発光物質を含む層３１８として、無機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４９という。）を有することで、発光素子３２１は無機ＥＬ素子として機能する。無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光物質を含む層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光物質を含む層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。分散型無機ＥＬではドナー−アクセプター再結合型発光、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。以下に、無機ＥＬ素子の構造について示す。
【０１３７】
本実施の形態で用いることのできる発光材料は、母体材料と発光中心となる不純物元素とで構成される。含有させる不純物元素を変化させることで、様々な色の発光を得ることができる。発光材料の作製方法としては、固相法や液相法（共沈法）などの様々な方法を用いることができる。また、噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、逆ミセル法やこれらの方法と高温焼成を組み合わせた方法、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。
【０１３８】
固相法は、母体材料と、不純物元素又はその化合物を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い反応させ、母体材料に不純物元素を含有させる方法である。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。
【０１３９】
液相法（共沈法）は、母体材料又はその化合物と、不純物元素又はその化合物を溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法である。発光材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さく低い焼成温度でも反応が進むことができる。
【０１４０】
無機ＥＬ素子の発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化イットリウム等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウム等の３元系の混晶であってもよい。
【０１４１】
局在型発光の発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などを用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【０１４２】
一方、ドナー−アクセプター再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第１の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。第２の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【０１４３】
ドナー−アクセプター再結合型発光の発光材料を固相法を用いて合成する場合、母体材料と、第１の不純物元素又はその化合物と、第２の不純物元素又はその化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。母体材料としては、上述した母体材料を用いることができ、第１の不純物元素又はその化合物としては、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、硫化アルミニウム等を用いることができる。また、第２の不純物元素又はその化合物としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、硫化銅、硫化銀等を用いることができる。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【０１４４】
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、塩化銅、塩化銀等を用いることができる。
【０１４５】
なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ａｔｏｍ％であればよく、好ましくは０．０５〜５ａｔｏｍ％の範囲である。
【０１４６】
図７（Ｃ）は、発光物質を含む層３１８が第１の絶縁層３４８、発光層３４９、及び第２の絶縁層３５０で構成される無機ＥＬ素子の断面を示す。
【０１４７】
薄膜型無機ＥＬの場合、発光層３４９は、上記発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いて形成することができる。
【０１４８】
第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、特に限定されることはないが、絶縁耐圧が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、酸化ジルコニウム等やこれらの混合膜又は２種以上の積層を用いることができる。第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。なお、本実施の形態の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。好ましくは、５００ｎｍ以下の膜厚、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
【０１４９】
なお、図示しないが、発光層３４９と絶縁層３４８、３５０、又は絶縁層３４８と電極３１６、絶縁層３５０と電極３１９の間にバッファー層を設けても良い。このバッファー層はキャリアの注入を容易にし、かつ両層の混合を抑制する役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料である硫化亜鉛、硫化セレン、硫化カドミウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、硫化銅、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、またはフッ化マグネシウム等を用いることができる。
【０１５０】
また、図７（Ｄ）に示すように、発光物質を含む層３１８が発光層３４９及び第１の絶縁層３４８で構成されてもよい。この場合、図７（Ｄ）においては、第１の絶縁層３４８は第２の電極３１９及び発光層３４９の間に設けられている形態を示す。なお、第１の絶縁層３４８は第１の電極３１６及び発光層３４９の間に設けられていてもよい。
【０１５１】
さらには、発光物質を含む層３１８が、発光層３４９のみで構成されてもよい。即ち、第１の電極３１６、発光層３４９、第２の電極３１９で発光素子３２１を構成してもよい。
【０１５２】
分散型無機ＥＬの場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の発光物質を含む層を形成する。発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。バインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光物質を含む層としての形状に保持するための物質である。発光材料は、バインダによって発光物質を含む層中に均一に分散し固定される。
【０１５３】
分散型無機ＥＬの場合、発光物質を含む層の形成方法は、選択的に発光物質を含む層を形成できる液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。また、発光材料及びバインダを含む発光物質を含む層において、発光材料の割合は５０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とするよい。
【０１５４】
図７（Ｅ）における素子は、第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、第２の電極３１９を有し、発光物質を含む層３１８が、発光材料３５２がバインダ３５１に分散された発光層及び絶縁層３４８で構成される。なお、絶縁層３４８は、図７（Ｅ）においては、第２の電極３１９に接する構造となっているが、第１の電極３１６に接する構造でもよい。また、素子は、第１の電極３１６及び第２の電極３１９それぞれに接する絶縁層を有してもよい。さらには、素子は、第１の電極３１６及び第２の電極３１９に接する絶縁層を有さなくてもよい。
【０１５５】
本実施の形態に用いることのできるバインダとしては、有機材料や無機材料を用いることができる。また、有機材料及び無機材料の混合材料を用いてもよい。有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子材料、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂（ポリベンゾオキサゾール）等の樹脂材料を用いてもよい。また光硬化型などを用いることができる。これらの樹脂に、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどの高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。
【０１５６】
また、バインダに用いる無機材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム、酸素及び窒素を含むアルミニウムまたは酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸バリウム、タンタル酸リチウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛その他の無機材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。有機材料に、誘電率の高い無機材料を含ませる（添加等によって）ことによって、発光材料及びバインダよりなる発光物質を含む層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。
【０１５７】
作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、発光層を形成する方法（各種ウエットプロセス）及び所望の膜厚に適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。有機溶媒等を用いることができ、例えばバインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡともいう）、３−メトシキ−３メチル−１−ブタノール（ＭＭＢともいう）などを用いることができる。
【０１５８】
無機ＥＬ発光素子は、発光物質を含む層を挟持する一対の電極間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。
【０１５９】
次に、図６（Ｂ）に示すように、第２の電極３１９上に保護膜３２２を形成する。保護膜３２２は、発光素子３２１や保護膜３２２に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものである。保護膜３２２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。
【０１６０】
さらにシール材３２３で封止基板３２４をガラス基板１００上に形成される第２の層間絶縁膜３１５と貼り合わせることにより、ガラス基板１００、封止基板３２４、およびシール材３２３で囲まれた空間３２５に発光素子３２１が備えられた構造になっている。なお、空間３２５には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材３２３で充填される場合もある。
【０１６１】
なお、シール材３２３にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板３２４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１６２】
次に、図６（Ｃ）に示すように、実施の形態２と同様に異方性導電膜３２６を用いてＦＰＣ３２７を接続端子３１４に接する導電膜３２０と貼りつける。
【０１６３】
以上の工程により、アクティブマトリクス型発光素子を有する半導体装置を形成することが出来る。
【０１６４】
ここで本実施の形態において、フルカラー表示する場合の画素における等価回路図を図８に示す。図８において、破線で囲まれる薄膜トランジスタ３３２が発光素子を駆動する薄膜トランジスタ２２７に対応している。ＴＦＴ３３１はＴＦＴ３３２のＯＮ、ＯＦＦを制御する。なお、発光素子としては、発光物質を含む層を発光性の有機化合物を含む層で形成した有機ＥＬ素子（以下、ＯＬＥＤと示す。）を用いた形態を説明する。
【０１６５】
赤色を表示する画素は、薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に赤色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｒが接続され、ソース領域にはアノード側電源線３３７Ｒが設けられている。また、ＯＬＥＤ３３４Ｒには、カソード側電源線３３３が設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、アノード側電源線３３７Ｒに接続された容量素子３３８と接続している。
【０１６６】
また、緑色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に緑色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｇが接続され、ソース領域にはアノード側電源線３３７Ｇが設けられている。また、ＯＬＥＤ３３４Ｇには、カソード側電源線３３３が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、アノード側電源線３３７Ｇに接続された容量素子３３８と接続している。
【０１６７】
また、青色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に青色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｂが接続され、ソース領域にはアノード側電源線３３７Ｂが設けられている。また、ＯＬＥＤ３３４Ｂには、カソード側電源線３３３が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、アノード側電源線３３７Ｂに接続された容量素子３３８と接続している。
【０１６８】
それぞれ色の異なる画素には発光物質を含む層の材料に応じて異なる電圧をそれぞれ印加する。
【０１６９】
なお、ここでは、ソース配線３３５とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成しているが、これに限られず、ゲート配線３３６とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成してもよい。更には、駆動用の薄膜トランジスタ３３２をマルチゲート電極構造としてもよい。
【０１７０】
また、発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよい。代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。また、発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。
【０１７１】
さらに、ビデオ信号がデジタルの発光装置において、画素に入力されるビデオ信号が定電圧（ＣＶ）のものと、定電流（ＣＣ）のものとがある。ビデオ信号が定電圧のもの（ＣＶ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＶＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＶＣＣ）とがある。また、ビデオ信号が定電流のもの（ＣＣ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＣＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＣＣＣ）とがある。
【０１７２】
また、発光装置において、静電破壊防止のための保護回路（保護ダイオードなど）を設けてもよい。
【０１７３】
なお、本実施の形態では、画素部及び駆動回路部において、実施の形態１に示す工程で作製される薄膜トランジスタを用いた形態を示したが、これに限定される物ではない。例えば、駆動回路部を構成する薄膜トランジスタ等の半導体素子を実施の形態１に示す工程で作製し、画素部を構成する薄膜トランジスタを非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタで形成することもできる。
【０１７４】
以上の工程によりアクティブマトリクス型発光素子を有する発光装置を作製することが出来る。本実施の形態で示す発光装置は、作製工程において、ガラス基板乃至ガラス基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く発光装置を作製することが可能である。
【０１７５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製工程を図９〜１２を用いて説明する。また半導体装置の構成について図１３を用いて説明する。また、本実施の形態で示す半導体装置の用途を図１４を用いて説明する。
【０１７６】
図９（Ａ）に示すように、ガラス基板４０１上に剥離膜４０２を形成する。次に、実施の形態１及び２と同様に剥離膜４０２上に絶縁膜４０３を形成し、絶縁膜４０３上に薄膜トランジスタ４０４を形成する。次に、薄膜トランジスタ４０４を構成する導電膜を絶縁する層間絶縁膜４０５を形成し、薄膜トランジスタ４０４の半導体膜に接続するソース電極及びドレイン電極４０６を形成する。次に、薄膜トランジスタ４０４、層間絶縁膜４０５、ソース電極及びドレイン電極４０６を覆う絶縁膜４０７を形成し、絶縁膜４０７を介してソース電極またはドレイン電極４０６に接続する導電膜４０８を形成する。
【０１７７】
ガラス基板４０１としては、ガラス基板１００と同様のものを用いることができる。
【０１７８】
剥離膜４０２は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。珪素を含む剥離膜の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。
【０１７９】
剥離膜４０２が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。又は、タングステンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
【０１８０】
剥離膜４０２が積層構造の場合、好ましくは、１層目としてタングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層、窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、又は窒化酸化物を含む層を形成する。
【０１８１】
剥離膜４０２として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層を形成することで、タングステン層と絶縁層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、Ｎ２Ｏプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。これは、タングステンの窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、または窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。
【０１８２】
タングステンの酸化物は、ＷＯｘで表される。Ｘは、２≦ｘ≦３の範囲内にあり、ｘが２の場合（ＷＯ２）、ｘが２．５の場合（Ｗ２Ｏ５）、ｘが２．７５の場合（Ｗ４Ｏ１１）、ｘが３の場合（ＷＯ３）などがある。
【０１８３】
ここでは、スパッタリング法により厚さ２０〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜８０ｎｍのタングステン膜を形成する。
【０１８４】
なお、上記の工程によると、ガラス基板４０１に接するように剥離膜４０２を形成しているが、本発明はこの工程に制約されない。ガラス基板４０１に接するように下地となる絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接するように剥離膜４０２を設けてもよい。
【０１８５】
絶縁膜４０３は、絶縁膜１０１及び絶縁膜１０２の積層構造と同様に形成することができる。ここでは、Ｎ２Ｏガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜４０２表面に酸化タングステン膜を形成した後、１０〜１００ｎｍの窒化酸化珪素膜及び３０〜１２０ｎｍの酸化窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。
【０１８６】
薄膜トランジスタ４０４は、実施の形態２に示す薄膜トランジスタ２２５〜２２７と同様に形成することができる。ソース電極及びドレイン電極４０６は、実施の形態２に示す配線２３４〜２３９と同様に形成することができる。
【０１８７】
層間絶縁膜４０５及び絶縁膜４０７は、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができる。また、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素がある。
【０１８８】
次に、図９（Ｂ）に示すように、導電膜４０８上に導電膜４１１を形成する。ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、２００℃で３０分加熱して組成物を焼成して導電膜４１１を形成する。
【０１８９】
次に、図９（Ｃ）に示すように、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を形成する。ここでは、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を、エポキシ樹脂を用いて形成する。エポキシ樹脂の組成物をスピンコート法により塗布し、１６０℃で３０分加熱した後、導電膜４１１を覆う部分の絶縁膜を除去して、導電膜４１１を露出すると共に、厚さ１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの絶縁膜４１２を形成する。ここでは、絶縁膜４０３から絶縁膜４１２までの積層体を素子形成層４１０とする。
【０１９０】
次に、図９（Ｄ）に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザビーム４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射して、図９（Ｅ）に示すような開口部４１４を形成する。次に、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせる。開口部４１４を形成するために照射するレーザビームとしては、絶縁膜４０３、４０５、４０７、または絶縁膜４１２が吸収する波長を有するレーザビームが好ましい。代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザビームを適宜選択して照射する。
【０１９１】
このようなレーザビームを発振することが可能なレーザ発振器としては、実施の形態１で示すレーザ発振器１３０１と同様のものを適宜用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波〜第５高調波を適宜適用するのが好ましい。この結果、絶縁膜４０３、４０５、４０７、４１２がレーザビームを吸収し溶融して開口部が形成される。
【０１９２】
なお、レーザビームを絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射する工程を省くことで、スループットを向上させることが可能である。
【０１９３】
次に、図１０（Ａ）に示すように、剥離膜４０２及び絶縁膜４０３の界面に形成される金属酸化物膜において、剥離膜を有するガラス基板４０１及び素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する。物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー（機械的エネルギー）を変化させる手段を指している。物理的手段は、代表的には機械的な力を加えること（例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを支点としてローラーを回転させながら分離する処理）である。
【０１９４】
本実施の形態においては、剥離膜と絶縁膜の間に金属酸化膜を形成し、当該金属酸化膜において物理的手段により、素子形成層の一部４２１を剥離する方法を用いたがこれに限られない。剥離膜に水素を含む非晶質珪素層を用い、図９（Ｅ）の工程の後、ガラス基板側からのレーザビームを照射して非晶質珪素膜に含まれる水素を気化させて、ガラス基板と剥離膜との間で剥離する方法を用いることができる。
【０１９５】
また、図９（Ｅ）の工程の後、ガラス基板を機械的に研磨し除去する方法や、ＨＦ等のガラス基板を溶解する溶液を用いてガラス基板を除去する方法を用いることができる。この場合、剥離膜を用いなくともよい。
【０１９６】
また、図９（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲンガスを導入し、剥離膜をフッ化ハロゲンガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、ガラス基板から素子形成層の一部４２１を剥離する方法を用いることができる。
【０１９７】
また、図９（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲンガスを導入し、剥離膜の一部をフッ化ハロゲンガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、ガラス基板から素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する方法を用いることができる。
【０１９８】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１の絶縁膜４０３に、可撓性基板４２２を貼り付ける。次に、粘着部材４１５を素子形成層の一部４２１から剥す。ここでは、可撓性基板４２２として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用いる。
【０１９９】
次に、図１０（Ｃ）に示すように、可撓性基板４２２をダイシングフレーム４３２のＵＶシート４３１に貼り付ける。ＵＶシート４３１は粘着性を有するため、ＵＶシート４３１上に可撓性基板４２２が固定される。この後、導電膜４１１にレーザビームを照射して、導電膜４１１と導電膜４０８の間の密着性を高めてもよい。
【０２００】
次に、図１０（Ｄ）に示すように、導電膜４１１上に接続端子４３３を形成する。接続端子４３３を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び接着を容易に行うことが可能である。
【０２０１】
次に、図１１（Ａ）に示すように、素子形成層の一部４２１を分断する。ここでは、素子形成層の一部４２１及び可撓性基板４２２にレーザビーム４３４を照射して、図１１（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１を複数に分断する。レーザビーム４３４は、レーザビーム４１３に記載のレーザビームを適宜選択して適用することができる。ここでは、絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２、並びに可撓性基板４２２が吸収可能なレーザビームを選択することが好ましい。なお、ここでは、レーザカット法を用いて素子形成層の一部を複数に分断したが、この方法の代わりにダイシング法、スクライビング法等を適宜用いることができる。この結果、分断された素子形成層を薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂと示す。
【０２０２】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、ダイシングフレーム４３２のＵＶシートにＵＶ光を照射して、ＵＶシート４３１の粘着力を低下させた後、ＵＶシート４３１をエキスパンダ枠４４４で支持する。このとき、ＵＶシート４３１を伸ばしながらエキスパンダ枠４４４で支持することで、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの間に形成された溝４４１の幅を拡大することができる。なお、拡大された溝４４６の幅は、後に薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせて設定されることが好ましい。
【０２０３】
次に、図１２（Ａ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせる。なお、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６には、導電膜４５２ａ、４５２ｂの一部が露出するように、開口部が設けられている。このため、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの接続端子とが、異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂに含まれる導電性粒子４５４ａ、４５４ｂとで接続されるように、位置合わせしながら貼りあわせる。
【０２０４】
ここでは、アンテナとして機能する導電膜４５２ａと薄膜集積回路４４２ａとが、異方性導電接着剤４５５ａ中の導電性粒子４５４ａによって接続され、アンテナとして機能する導電膜４５２ｂと薄膜集積回路４４２ｂとが、異方性導電接着剤４５５ｂ中の導電性粒子４５４ｂによって接続される。
【０２０５】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、可撓性基板４５６、絶縁膜４５３を分断する。ここでは、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６にレーザビーム４６１を照射するレーザカット法により分断を行う。
【０２０６】
以上の工程により、図１２（Ｃ）に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置４６２ａ、４６２ｂを作製することができる。
【０２０７】
なお、図１２（Ａ）において、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせた後、可撓性基板４５６と薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを封止するように可撓性基板４６３を設け、図１２（Ｂ）のように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、レーザビーム４６１照射して、図１２（Ｄ）に示すような半導体装置４６４を作製してもよい。この場合、分断された可撓性基板４５６、４６３によって、薄膜集積回路が封止されるため、薄膜集積回路の劣化を抑制することが可能である。
【０２０８】
以上の工程により、薄型化で軽量な半導体装置を歩留まり高く作製することが可能である。本実施の形態の半導体装置は、作製工程において、ガラス基板乃至ガラス基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。
【０２０９】
次に上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成について、図１３を参照して説明する。
【０２１０】
本実施形態の半導体装置は、大別して、アンテナ部２００１、電源部２００２、ロジック部２００３から構成される。
【０２１１】
アンテナ部２００１は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ２０１１からなる。また、半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。
【０２１２】
電源部２００２は、アンテナ２０１１を介して外部から受信した信号により電源を作る整流回路２０２１と、作りだした電源を保持するための保持容量２０２２と、定電圧回路２０２３からなる。
【０２１３】
ロジック部２００３は、受信した信号を復調する復調回路２０３１と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路２０３２と、各コード認識及び判定回路２０３３と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ２０３４と、符号化した信号を受信信号に変換するための変調回路２０３５と、読み出したデータを符号化する符号化回路２０３７と、データを保持するマスクＲＯＭ２０３８とを有する。なお、変調回路２０３５は変調用抵抗２０３６を有する。
【０２１４】
各コード認識及び判定回路２０３３が認識・判定するコードは、フレーム終了信号（ＥＯＦ、ｅｎｄ  ｏｆ  ｆｒａｍｅ）、フレーム開始信号（ＳＯＦ、ｓｔａｒｔ  ｏｆ  ｆｒａｍｅ）、フラグ、コマンドコード、マスク長（ｍａｓｋ  ｌｅｎｇｔｈ）、マスク値（ｍａｓｋ  ｖａｌｕｅ）等である。また、各コード認識及び判定回路２０３３は、送信エラーを識別する巡回冗長検査（ＣＲＣ、ｃｙｃｌｉｃ  ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  ｃｈｅｃｋ）機能も含む。
【０２１５】
次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図１４を用いて示す。上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（例えば運転免許証や住民票等、図１４（Ａ）参照）、包装用容器類（例えば包装紙やボトル等、図１４（Ｃ）参照）、記録媒体（例えばＤＶＤソフトやビデオテープ等、図１４（Ｂ）参照）、乗物類（例えば自転車等、図１４（Ｄ）参照）、身の回り品（例えば鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札（図１４（Ｅ）、図１４（Ｆ）参照）等の物品に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ）及び携帯電話等を指す。
【０２１６】
本実施の形態の半導体装置９２１０は、プリント基板への実装、表面の貼り付け、埋め込等により、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。本実施の形態の半導体装置９２１０は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本実施の形態の半導体装置９２１０を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。
【０２１７】
（実施の形態５）
上記実施の形態に示される半導体装置を有する電子機器として、テレビジョン装置（単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、携帯電話装置（単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ）、ＰＤＡ等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。その具体例について、図１５を参照して説明する。
【０２１８】
図１５（Ａ）に示す携帯情報端末は、本体９２０１、表示部９２０２等を含んでいる。表示部９２０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を安価に提供することができる。
【０２１９】
図１５（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９７０１、表示部９７０２等を含んでいる。表示部９７０１に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを安価に提供することができる。
【０２２０】
図１５（Ｃ）に示す携帯端末は、本体９１０１、表示部９１０２等を含んでいる。表示部９１０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、信頼性の高い携帯端末を安価に提供することができる。
【０２２１】
図１５（Ｄ）に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体９３０１、表示部９３０２等を含んでいる。表示部９３０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を安価に提供することができる。このようなテレビジョン装置は携帯電話などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの（例えば４０インチ以上）まで、幅広く適用することができる。
【０２２２】
図１５（Ｅ）に示す携帯型のコンピュータは、本体９４０１、表示部９４０２等を含んでいる。表示部９４０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを安価に提供することができる。
【０２２３】
図１５（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、本体９５０１、表示部９５０２等を含んでいる。表示部９５０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を安価に提供することができる。
【０２２４】
ここで、テレビジョン装置の構成について、図１６を用いて説明する。
【０２２５】
図１６は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。チューナ９５１１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像検波回路９５１２と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路９５１３と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路９５１４により処理される。コントロール回路９５１４は、表示パネル９５１５の走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７にそれぞれ信号を出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路９５１８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。
【０２２６】
チューナ９５１１で受信した信号のうち、音声信号は音声検波回路９５２１に送られ、その出力は音声信号処理回路９５２２を経てスピーカー９５２３に供給される。制御回路９５２４は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部９５２５から受け、チューナ９５１１や音声信号処理回路９５２２に信号を送出する。
【０２２７】
このテレビジョン装置は、表示パネル９５１５を含んで構成されることにより、テレビジョン装置の低消費電力を図ることが可能である。また、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を作製することが可能である。
【０２２８】
なお、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニターをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
【０２２９】
次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様として、携帯電話機を図１７を用いて説明する。携帯電話機は、筐体２７００、２７０６、表示パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有する（図１７参照）。表示パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２は表示パネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。
【０２３０】
表示パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３が接続される。上記の表示パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納される。表示パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。
【０２３１】
表示パネル２７０１は、画素部と一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路）をガラス基板上にＴＦＴを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路）をＩＣチップ上に形成してもよい。そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）で表示パネル２７０１に実装してもよい。あるいは、そのＩＣチップをＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。なお、一部の周辺駆動回路をガラス基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したＩＣチップをＣＯＧ等で実装した表示パネルの構成の一例を図１８（Ａ）に示す。なお、図１８（Ａ）の表示パネルは、ガラス基板３９００、信号線駆動回路３９０１、画素部３９０２、走査線駆動回路３９０３、走査線駆動回路３９０４、ＦＰＣ３９０５、ＩＣチップ３９０６、ＩＣチップ３９０７、封止基板３９０８、シール材３９０９を有する。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
【０２３２】
また、さらに消費電力の低減を図るため、図１８（Ｂ）に示すようにガラス基板上にＴＦＴを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をＩＣチップ上に形成し、そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）などで表示パネルに実装してもよい。なお、図１８（Ｂ）の表示パネルは、ガラス基板３９１０、信号線駆動回路３９１１、画素部３９１２、走査線駆動回路３９１３、走査線駆動回路３９１４、ＦＰＣ３９１５、ＩＣチップ３９１６、ＩＣチップ３９１７、封止基板３９１８、シール材３９１９を有する。
【０２３３】
上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体内部の限られた空間を有効に利用することができる。また、コスト削減が可能であり、信頼性高い半導体装置を有する電子機器を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図２】半導体膜にレーザビームを照射した時のガラス基板の上面図、ガラス基板の温度分布、及びガラス基板表面の応力を説明する図である。
【図３】本発明に適用可能なレーザ照射装置の概要を示す図である。
【図４】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図７】本発明に適用可能な発光素子の構造を説明する断面図である。
【図８】本発明に適用可能な発光素子の等価回路を説明する図である。
【図９】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１３】本発明の半導体装置の構成を説明する図である。
【図１４】本発明の半導体装置の用途を説明する図である。
【図１５】本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。
【図１６】本発明の半導体装置を用いた電子機器の構成を説明する図である。
【図１７】本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する展開図である。
【図１８】本発明の半導体装置を説明する上面図である。
【図１９】半導体膜にレーザビームを照射した時の結晶化の様子を説明する上面図である。
【図２０】半導体膜にレーザビームを照射した時の結晶化の様子を説明する上面図である。
【図２１】応力の計算方法、及び応力について説明する図である。
【図２２】本発明の結晶化方法及び従来の結晶化方法について説明する図である。
【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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