(57)【要約】【課題】レーザー結晶化法において、半導体膜の縞状の結晶性のムラを緩和し、バラツキの少ない半導体装置を形成すること、更には、バラツキの少ない半導体装置を用いて、表示装置の表示ムラを低減することを課題とする。【解決手段】本発明は、絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜に線状のパルス発振のレーザ光を重畳しながら第１の方向に走査した後、第２のレーザ光を重畳しながら第２の方向に走査する半導体膜の作製方法であって、前記第１の方向と前記第２の方向とが交差するようにレーザ光を走査することを特徴とする。【選択図】図１
2004214406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜に線状のパルス発振のレーザ光を重畳しながら第１の方向に走査した後、第２のレーザ光を重畳しながら第２の方向に走査する半導体膜の作製方法であって、前記第１の方向と前記第２の方向とは交差することを特徴とする半導体膜の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜に線状のパルス発振のレーザ光を重畳しながら第１の方向に走査した後、第２のレーザ光を重畳しながら第２の方向に走査して前記半導体膜の結晶性をランダムにする半導体膜の作製方法であって、前記第１の方向と前記第２の方向とは交差することを特徴とする半導体膜の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された半導体膜を活性領域に用いる半導体素子の作製方法。
【請求項４】
請求項３において、前記半導体素子は、薄膜トランジスタ、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、又は容量素子のいずれかであることを特徴とする半導体素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー結晶化法を用いて結晶性半導体膜を形成する方法に関する。さらに、レーザー結晶化法を用いて形成した結晶性半導体膜を、活性領域に用いた半導体素子を有する半導体装置、及び該半導体装置を部品として有する電子機器に関する。本発明において、半導体素子は、薄膜トランジスタ、ダイオード、電界放出素子等を含み、半導体装置は、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置等の発光装置、液晶表示装置等の電気光学装置を含む。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多結晶シリコン膜に代表される結晶性半導体膜を用いた半導体素子の開発が進められている。代表的には、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）の開発が進められている。ＴＦＴは液晶表示装置やＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置において、画素に設けるスイッチング素子や、その画素を制御するための駆動回路を形成する素子として用いられている。
【０００３】
結晶性シリコン膜を作製する方法は、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化させる技術が通常用いられており、電熱炉を使用した熱結晶化方法、レーザー光を用いたレーザーアニール結晶化法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法がある。
【０００４】
パルス発振のレーザー光を用いたレーザー結晶化法は半導体膜を瞬間的に加熱して結晶化を行うものであり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐熱性の低い基板に形成された半導体膜の結晶化方法として有効な技術である。また、従来の電熱炉を用いた加熱手段に比べて格段にスループットが高いことが特徴である。
【０００５】
【参考文献１】
特開２００１―６０５５１号公報（第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザー発振装置には様々な種類がある。レーザ光は、照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるように光学系にて加工し、レーザ光を走査させることができる。（あるいはレーザ光の照射位置を照射面に対し相対的に移動させることができる）。このため、レーザ結晶化法は、量産性が高く工業的に優れている。
【０００７】
レーザ結晶化は、半導体膜にレーザ光を照射することで、半導体膜の結晶化、または結晶性を向上する方法である。レーザ光が照射された半導体膜は、レーザ光のエネルギーにより溶融し、再び固化する過程を経る。この過程で、半導体膜は無数の核を形成し、各々の核が主に半導体膜の膜面に平行な方向に成長して結晶粒を作る。これらの結晶粒の成長において、隣接する結晶粒が互いに衝突することにより、半導体膜に凹凸が形成される。
【０００８】
また、レーザ結晶化には、一般的にはパルス発振型のエキシマレーザーを発振源とするレーザー光（以下、エキシマレーザー光という）を用いたレーザー結晶化法が用いられている。エキシマレーザーは出力が大きく、シリコン膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
【０００９】
しかし、エキシマレーザ光のエネルギー密度は、不安定であり±５％の範囲で変動している。
【００１０】
このため、線状のエキシマレーザ光を用いてレーザ結晶化により形成された半導体膜は結晶性のムラを有し、そのムラが半導体膜の表面の凹凸となって現われ、基板全体に凹凸由来の縞が見えるという問題があった。図８は、パルス発振のレーザ光を照射して結晶化した半導体膜の模式図である。８００は、結晶化された半導体膜であり、８０１、８０３はレーザ光の照射によって形成された縞であり、レーザ光の走査方向と垂直に交わる方向に縞が形成されている。８０１と８０３とでは、結晶性が異なるため色が異なって見え、この結果、半導体膜８００全体として縞が形成されている。
【００１１】
図８の縞８０１、８０３をそれぞれ活性領域に用いたＴＦＴ８０２、８０４との間では、活性領域に用いる半導体膜の結晶性が異なるため、キャリアの移動度等の電気特性に差が出てしまう。この結果、これらのＴＦＴを画素に用いた表示装置において、表示ムラが生じるという問題があった。特に、表示装置として、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置を採用し、定電流駆動させた場合、レーザ結晶化後の縞と同一の縞がディスプレイ上に表示されてしまうという問題が顕著であった。また、図８（Ｂ）に示すように、結晶性の異なる縞にまたがってＴＦＴ８１２、８１４を形成すると、結晶粒がＴＦＴの活性領域に形成されるため、ＴＦＴの電気特性が低下する。このため、ＴＦＴを形成する為のデザイン設計を基板ごとに行わなければならないという問題があった。
【００１２】
以上のような現状をふまえ、レーザー結晶化法において、半導体膜の縞状の結晶性のムラを緩和し、半導体膜全体の結晶性をランダムにすること、また、結晶性のランダムな半導体膜を用いて、バラツキの少ないＴＦＴを形成すること、更には、バラツキの少ないＴＦＴを用いて、表示装置の表示ムラを低減することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜に線状のパルス発振のレーザ光を重畳しながら第１の方向に走査した後、第２のレーザ光を重畳しながら第２の方向に走査する半導体膜の作製方法であって、前記第１の方向と前記第２の方向とは交差することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、絶縁表面上に半導体膜を形成し、前記半導体膜に線状のパルス発振のレーザ光を重畳しながら第１の方向に走査した後、第２のレーザ光を重畳しながら第２の方向に走査して前記半導体膜の結晶性をランダムにする半導体膜の作製方法であって、前記第１の方向と前記第２の方向とは交差することを特徴とする。
【００１５】
なお、前記半導体膜を活性領域に用いて半導体素子の作製することができ、前記半導体素子は、薄膜トランジスタ、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、又は容量素子のいずれかである。また、該半導体素子を、液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置を駆動を制御する各種回路（半導体装置）に用いることができる。さらには、該表示装置を用いた電子機器に適応することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面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、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、本発明は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。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の１つは、絶縁表面上に半導体膜を形成するプロセスと、該半導体膜に第１のレーザ光を大気雰囲気または酸素を含む雰囲気で照射して結晶構造を有する半導体膜を形成した後、第１のレーザ光の走査方向と交差する方向に第２のレーザ光を走査して結晶構造がランダムな半導体膜を形成する工程を含む。以下にその工程を示す。なお、第２のレーザ光を照射して半導体膜の結晶性をランダムにする工程は、第１のレーザ光を照射し、半導体膜を所望の形状にパターニングした後に行ってもよい。
【００１８】
以下に本発明を用いて作製される代表的な半導体膜の作製手順を図４を用いて示す。
図４（Ａ）中３０１は、絶縁表面を有する基板、３０２は基板からの不純物をブロッキングするための絶縁膜、３０３は半導体膜である。
【００１９】
図４（Ａ）において、基板３０１はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いてもよい。さらには、本工程の処理温度に耐える耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００２０】
まず、図４（Ａ）に示すように基板３０１上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）等の絶縁膜からなる絶縁膜３０２を形成する。なお、絶縁膜３０２は、積層構造としてもよい。
【００２１】
ついで、絶縁膜上に非晶質半導体膜３０３を形成する。非晶質半導体膜３０３は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００ｎｍの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶構造を有する半導体膜を得るためには、非晶質半導体膜３０３の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０１８／ｃｍ３（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）にて測定した原子濃度）以下にしておくとよい。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。本実施の形態では、非晶質半導体膜に、非晶質シリコン膜を用いる。
【００２２】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光３１１を非晶質シリコン膜３１２に照射する。このときのレーザ光は、パルス発振のレーザ光である。該レーザ光のレーザー発振装置としては、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置、金属発振装置が適用される。気体レーザ発振装置としては、Ｎ２等を使用したレーザ発振装置、またはＫｒＦ，ＸｅＣｌ、Ｘｅ等のエキシマレーザ発振装置を適用する。固体レーザー発振装置としてはＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発振装置を適用する。金属レーザ発振装置としては、銅蒸気レーザーもしくはヘリウム−カドミウムレーザを適応することができる。なお、固体レーザ発振装置においては、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。レーザ光の照射条件は、繰り返しパルス周波数５〜３００Ｈｚ、照射パルスエネルギー密度３００〜７００ｍＪ／ｃｍ２、好ましくは４００〜６００ｍＪ／ｃｍ２である。この工程により、非晶質シリコン膜は、縞状の結晶性を有するシリコン膜となる。
【００２３】
次に、図４（Ｃ）に示すように、第１のレーザ光の走査方向と交差する方向に、第２のレーザ光３２１をシリコン膜３２２に走査する。このときのレーザ光には第１のレーザ光と同様のものを用いることができる。この工程により、第１のレーザ光が照射されたシリコン膜３２２は、ランダムな結晶性を有するシリコン膜となる。
【００２４】
このときのレーザ光の照射方法を図２に示す。図２（Ａ）は、本発明に用いるレーザ照射装置及び被照射物を示す。なお、図４（Ｂ）の第１のレーザ光３１１は図２（Ａ）の２０４に、シリコン膜３１２及び絶縁膜３０２が形成された基板３１３とは図２（Ａ）２０２にそれぞれ相当する。また、及び図４（Ｃ）の第２のレーザ光３２１は図２（Ａ）２１４に、シリコン膜３２２及び絶縁膜３０２が形成された基板３２３は、図２（Ｂ）の２０７にそれぞれ相当する。以下、図２（Ａ）２０２及び図２（Ｂ）２０７を被照射物という。
【００２５】
始めに、図２（Ａ）に示すように、移動台２０１に設置した被照射物２０２に、第１のレーザ発振装置２０３を発振源とする第１のレーザ光２０４を第１の方向（図２（Ａ）においては、Ｘ方向２５０）に走査する。このとき、第１のレーザ光（この照射方向２５１．２５２）を照射せずＹ方向２５１、２５２に被照射物を移動することによって、被照射物全体に第１のレーザ光を、第１の方向（２５０）に走査することができる。なお、第１のレーザ光２０４は、第１の光学系２０５にて線状、楕円状、又は面状に集光されたものである。また、図２（Ａ）では、第１ミラー２０６を用いて被照射物に第２のレーザ光２０４を照射しているが、この第１のミラーは、用いなくともよい。
【００２６】
次に、図２（Ｂ）に示すように、被照射物２０７に第２のレーザ光（照射方向２６１．２６２）２１４を第２の方向に走査する。本実施の形態においては、第１のレーザ光の走査方向に垂直な方向を第２の方向（図）２（Ｂ）においては、Ｙ方向２６０）とし、第２のレーザ発振装置２１３を発振源とする第２のレーザ光２１４を第２の方向に走査する。第２のレーザ光２１４は、第２の光学系２１５にて線状、楕円状、又は面状に集光されたものである。なお、図２（Ｂ）では、第２ミラー２１６を用いて被照射物にレーザ光を照射しているが、この第２のミラーは、用いなくともよい。このときも、第２のレーザ光を照射せずＸ方向２６１、２６２に被照射物を移動することによって、被照射物全体に第２のレーザ光を第２の方向に走査することができる。なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上（好ましくは１０〜１００００）のものを線状と呼ぶが、線状が矩形状に含まれることに変わりはない。
【００２７】
次に、このときの被照射物であるシリコン膜について図１を用いて説明する。図１（Ａ）は、第１の方向１０１に第１のレーザ光を走査したときのシリコン膜の表面の模式図であり、図１（Ｂ）は、第２の方向１０２に第２のレーザ光を走査したときのシリコン膜の表面の模式図である。
【００２８】
シリコン膜に第１のレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２、・・・・、Ｌ１ｎ−１、Ｌ１ｎを１０１の方向に走査すると、図１（Ａ）に示すように、レーザ光の走査方向と垂直な方向（即ち照射方向）に縞模様が見られる。
【００２９】
次に、図１（Ｂ）に示すように、第２の方向１０２に第２のレーザ光を走査する。本実施の形態においては、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ３４を照射する。縞状であったシリコン膜は、図１（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光の照射領域と第２のレーザ光の照射領域とで、結晶性がランダムとなり、シリコン膜全体に見られた縞が緩和される。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、第１のレーザ走査方向（Ｘ方向）及び第２のレーザ走査方向（Ｙ方向）を交差させるために異なる複数のレーザ発振装置を用いているが、これに限られない。一つのレーザ発振装置を用い、基板を回転させて第１のレーザ走査方向（Ｘ方向）と第２のレーザ走査方向（Ｙ方向）とを交差させてもよい。さらには、一つのレーザ発振装置を用い、該レーザ発振装置を回転させて、第１のレーザ走査方向（Ｘ方向）と第２のレーザ走査方向（Ｙ方向）とを交差させてもよい。なお、第１のレーザ走査方向と第２のレーザ走査方向との交差角度は、９０°に限られない。
【００３１】
以上の工程により、結晶性がランダムな半導体膜を形成することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、複数方向にレーザ光を走査して、結晶性がランダムな半導体膜を形成する工程を図３を用いて述べる。
【００３３】
実施の形態１と同様の工程で、下地絶縁膜及び非晶質シリコン膜を基板上に形成する。この後、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射する。始めに、第１のレーザ光を非晶質シリコン膜に対して第１の方向に順に走査する。具体的には、図３（Ａ）に示されるように、Ｘの方向に第１のレーザ光をＬ１１、Ｌ１２、・・・Ｌ１ｎ−１、Ｌ１ｎと走査してシリコン膜４０１を形成する。このとき、シリコン膜４０１は、第１のレーザ光の照射方向、すなわちＸ方向に垂直な方向に縞模様を有し、該縞によって結晶性が異なる。
【００３４】
次に、第２のレーザ光を第１のレーザ光が照射されたシリコン膜４０１に対して第２の方向に順に走査する。具体的には、図３（Ｂ）に示されるように、Ｙの方向に第２のレーザ光をＬ２１、Ｌ２２、・・・、Ｌ２ｎ−１Ｌ、２ｎと照射してシリコン膜４０２を形成する。
【００３５】
次に、第３のレーザ光を第１のレーザ光及び第２のレーザ光が照射されたシリコン膜に対して第３の方向に順に走査する。具体的には、図３（Ｃ）に示されるように、Ｚの方向に第３のレーザ光をＬ３１、Ｌ３２、・・・、Ｌ３ｎ−１、Ｌ３ｎと走査してシリコン膜４０３を形成する。
【００３６】
以上のように、非晶質シリコン膜にレーザ光を多方向に走査することにより、各レーザ光の照射方向に沿って形成される結晶性の縞を緩和することができる。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では、本発明を用いて形成された半導体素子及び該半導体素子を有するアクティブマトリクス基板の作製工程を、図４及び図５を用いて説明する。なお、本実施例において、半導体素子は、薄膜トランジスタである。
【００３８】
図４（Ａ）に示すように、ガラス基板（第１の基板３０１）上に下地絶縁膜３０２を形成する。本実施例では、下地絶縁膜を２層構造とし、ＳｉＨ４、ＮＨ３、及びＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される第一酸化窒化シリコン膜を５０ｎｍ、ＳｉＨ４、及びＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される第二酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍの厚さに積層形成する。
【００３９】
次に、下地絶縁膜上に、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法等の公知の手法により非晶質シリコン膜３０３（膜厚５４ｎｍ）を積層形成する。なお、該非晶質シリコン膜は、水素を含んでいるため水素出しを行う。本実施例では、５００℃１時間の熱処理を行う。
【００４０】
次に、図４（Ｂ）に示すように第１のレーザ光３１１を非晶質シリコン膜３１２に走査する。このときの、第１のレーザ光の照射条件を、エネルギー密度５１０ｍＪ／ｃｍ２、周波数３０Ｈｚ、走査速度を１．０ｍｍ／ｓｅｃとする。
【００４１】
このときの被照射物であるシリコン膜の表面の模式図を図１（Ａ）に示す。図１（Ａ）に示されるように、第１のレーザ光の走査方向と垂直の方向、即ちレーザ照射方向に縞が形成されている。２つの縞（Ｌ１２及びＬ１ｎ−１を照射した領域）にて、それぞれの縞の領域Ａ〜Ｈの結晶性をラマン散乱分光法により評価した結果を図７（Ａ）に示す。領域Ａ〜Ｄの評価結果をの黒四角印、領域Ｅ〜Ｈの評価結果を図７（Ａ）の黒丸印で示す。
【００４２】
縦軸は、ラマン散乱光の波数シフトスペクトルの半値全幅であり、この値が低いほど結晶性が高いことを示す。図７（Ａ）から、第１のレーザ光を照射したシリコン膜の各縞内での結晶性はほとんど同様と言える。しかし、それぞれの縞において結晶性が異なる。すなわちＬ１２が照射された領域とＬ１ｎ−１が照射された領域とでは、結晶性が異なる。
【００４３】
次に、シリコン膜表面に形成された酸化膜を除去した後、第２のレーザ光を第２の方向１０２に走査する。このときのレーザ光の照射条件を、エネルギー密度４８０ｍＪ／ｃｍ２、周波数３０Ｈｚ、走査速度を１．０ｍｍ／ｓｅｃとする。図１（Ｂ）は、第２の方向１０２に第２のレーザ光を走査したときのシリコン膜の表面の模式図である。第２のレーザ光が照射された領域Ａ〜Ｈを、それぞれ領域ａ〜ｈとし、各領域の結晶性を評価する。領域ａ〜ｄの評価結果を図７（Ｂ）の黒四角印で、領域ｅ〜ｈを黒丸印でそれぞれ示す。これらの領域の結晶性をラマン散乱分光法により評価した結果を図７（Ｂ）に示す。
【００４４】
図７（Ｂ）から、第２のレーザ光を照射すると、ひとつの縞におけるシリコン膜の結晶性が分散していることが分かる。このことから、シリコン膜の結晶性がランダムになっており、シリコン膜の縞を低減することができる。
【００４５】
なお、本実施例においては、非晶質シリコン膜に第１の走査方向のレーザ光及び第２の走査方向のレーザ光を照射して結晶性シリコン膜を形成するが、この工程に限定されず、特許３３００１５３号又は特許２８７３６６９号に記載されている手法を用いて形成した結晶性シリコン膜に第１の走査方向のレーザ光及び第２の走査方向のレーザ光を照射して、シリコン膜の結晶性を高めつつ、膜全体の結晶性をランダムにしてもよい。
【００４６】
次に、ランダムな結晶性を有するシリコン膜を用い、公知の手法によりＴＦＴを形成する。図５にその図を示す。所望の形状に結晶化されたシリコン膜をエッチングし、活性領域６１１〜６１４を形成する。次に、半導体膜の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜６１５となるシリコンを主成分とする絶縁膜を形成する。
【００４７】
次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、ゲート電極６１６〜６１９を形成する。本実施例では、ゲート電極は積層構造をしており、ゲート絶縁膜に接する第１導電膜６１６ａ及び該第１導電膜に接する第２導電膜６１６ｂからなる。第１導電膜は窒化タンタル膜からなり、第２の導電膜は、タングステン膜からなる。ただし、ゲート電極の材料は、これに限られるものではなく、いずれもタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、銀―銅―パラジウム合金（ＡｇＰｄＣｕ合金）を用いてもよい。さらに、本実施例では、ゲート電極を積層構造としたが、これに限られるものではなく単層構造でも多層構造でもよい。
【００４８】
次に、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）及びＰ型を付与する不純物元素（Ｂ等）、ここではリン及びボロンを適宜添加して、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域６２０〜６２７、及びＬＤＤ領域（Ｌｉｇｈｔ  ｄｏｐｅｄ  ｄｒａｉｎ  領域）６２８〜６３１を形成する。ＬＤＤ領域６２８〜６３０の一部は、各ゲート電極に覆われているが、ＬＤＤ領域６３１では、各ゲート電極に覆われていない。なお、ゲート電極及びＬＤＤ領域の形成工程に関しては、特開２００１−３４５４５３号公報に開示された工程を適応すればよい。
【００４９】
次に、ゲート電極及びゲート絶縁膜上に第２絶縁膜６３４を形成した後、添加した不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザ光の照射を行う。この工程は、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体膜との界面へのプラズマダメージを回復することができる。
【００５０】
次に、第２絶縁膜６３４上に第１の層間絶縁膜６３５を形成する。第１の層間絶縁膜には、無機絶縁膜又は有機材料樹脂を用いることができる。なお、有機樹脂を用いる場合は、感光性樹脂及び非感光性樹脂を用いることができる。感光性有機樹脂を用いた場合、フォトリソフラフィ工程による露光処理を行い、感光性有機樹脂をエッチングすると曲率を有する第１の開口部を形成することができる。このように曲率を有する開口部を形成することは、後に形成する電極の被覆率（カバレッジ）が高くなるという効果がある。本実施例では、第１の層間絶縁膜に、厚さ１．０５μｍの非感光性アクリル樹脂膜を形成する。
【００５１】
次に、第１の層間絶縁膜のパターニング及びエッチングを行い、第１の開口部を形成する。この後、第１の開口部及び第１の層間絶縁膜６３５を覆うように窒化絶縁膜（代表的には、窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜）からなる第３絶縁膜６３６を形成する。本実施例では、第３の層間絶縁膜に窒化珪素膜を用いる。窒化絶縁膜からなる第３絶縁膜を形成することにより、第１の層間絶縁膜から発生する脱ガスを抑制することができる。
【００５２】
次に、フォトリソグラフィ工程による露光処理を行った後、第３絶縁膜６１３、第２絶縁膜６１１、及びゲート絶縁膜６１０を順次エッチングし、第２の開口部を形成する。このときの、エッチング処理は、ドライエッチング処理でもウエットエッチング処理でもよい。本実施例では、ドライエッチングにより第２の開口部を形成する。
【００５３】
次に、第２の開口部を形成した後、第３絶縁膜上及び第２の開口部に金属膜を形成し、フォトリソグラフィー工程による露光の後、金属膜をエッチングしてソース電極及びドレイン電極６３７〜６４３を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いる。本実施例では、チタン膜／チタンーアルミニウム合金膜／チタン膜（Ｔｉ／Ａｌ−Ｓｉ／Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極ドレイン電極６３７〜６４３を形成する。その後、第１の画素電極６４４を形成する。
【００５４】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０、６４３及びｐチャネル型６４１、６４２を作製することができる。
また、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０とｐチャネル型ＴＦＴ６４１をＣＭＯＳ回路として駆動回路６５０に用い、ｐチャネル型ＴＦＴ６４２、ｎチャネル型６４３を画素領域６５１に用いることにより、駆動回路と画素領域を同一基板上に形成したアクティブマトリクス基板６７０を得ることができる。
なお、本実施例においては、半導体素子としてＴＦＴを示したが、これに限られず、他の半導体素子（ダイオード、電界放出素子等）の活性領域に本実施例で形成したシリコン膜を適応することも可能である。
【００５５】
（実施例２）
次に、実施例１で形成したアクティブマトリクス基板を用いて表示装置を形成する工程を示す。本実施例では、表示装置として、発光表示装置であるＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置の作製工程について図６を用いて述べる。
【００５６】
図６（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された６８１はソース信号線駆動回路、６８２は画素領域、６８３はゲート信号線駆動回路である。また、６８４は対向基板、６８５は一対の基板間隔を保持するためのギャップ材が含有されているシール材であり、シール材６８５で囲まれた内側は、封止材で充填されている。
【００５７】
なお、６８８はソース信号線駆動回路６８１及びゲート信号線駆動回路６８３に入力される信号を伝送するための配線領域であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６８９からビデオ信号やクロック信号を受け取る。
【００５８】
図６（Ｂ）は、発光装置の断面図である。実施例１で作製したアクティブマトリクス基板６７０の画素部６５１において、発光素子が形成されている。また、図５の駆動回路としては、ソース線駆動回路６５２が示されており、ｎチャネル型ＴＦＴ６７４０とｐチャネル型ＴＦＴ６４１とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。さらに、アクティブマトリクス基板６７０と封止基板６４８とが、シール材６８５及び封止材６９１を用いて封止されている。
以下に、発光表示装置の作製方法を述べる。
【００５９】
図６（Ｂ）に示すように、実施例１にて作製したアクティブマトリクス基板６７０表面に第２の層間絶縁膜間６６１を形成し、第３の開口部を形成する。なお、図５の画素部のｐチャネル型ＴＦＴ６４２を画素の電流制御用ＴＦＴとして用い、ｎチャネル型ＴＦＴ６４３を画素のスイッチングＴＦＴとして用いる。また、第２の層間絶縁膜６６１には、無機絶縁膜又は有機材料樹脂を用いることができる。本実施例では、第２の層間絶縁膜に、感光性アクリル樹脂膜を用い、パターニング及びウエットエッチングを行い、なだらかな内壁を有する第３の開口部を形成する。
【００６０】
その後、第２の層間絶縁膜上に第４の絶縁膜６６２を形成したのち、第４の開口部を形成し、第１の画素電極６３７を露出させる。本実施例では、第４の絶縁膜に窒化珪素膜を用いる。第２の層間絶縁膜に有機材料樹脂を用いた場合、第４の絶縁膜は、該有機材料樹脂から発生するガスや基板全体から発生する水分をブロッキングする効果があるため、第４の絶縁膜を形成することにより、発光素子の劣化を抑制することができる。
【００６１】
画素電極６３７及び第４の絶縁膜６６２の上にはＥＬ層６６３、陰極として機能する第２の画素電極６６４及びパッシベーション膜６６５を設ける。第１の画素電極６３７、ＥＬ層６６３、第２の画素電極６６４が重畳する部位が実質的に発光素子（ＥＬ素子）となる。
【００６２】
このＥＬ層６６３の構成は公知の構成を用いることができる。第１の画素電極６３７と第２の画素電極６６４との間に配設するＥＬ層には、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれ、これらの層が積層された形態又はこれらの層を形成する材料の一部又は全部が混合された形態をとることができる。基本的にＥＬ素子は、陽極／発光層／陰極が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極／正孔注入層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極等の順に積層した構造を有していても良い。
【００６３】
発光層は典型的には有機化合物を用いて形成されている。代表的には、その分子数から区分された低分子系有機化合物、中分子系有機化合物、高分子系有機化合物から選ばれた一種又は複数種の層を有する。また、電子注入輸送性又は正孔注入輸送性を有する無機化合物から形成される電子注入輸送層又は正孔注入輸送層を組み合わせて形成しても良い。なお、中分子とは、昇華性や溶解性を有しない有機化合物の凝集体（好ましくは、重合度１０以下）又は連鎖する分子の長さが５μｍ以下（好ましくは５０ｎｍ以下）の有機化合物のことをいう。
【００６４】
発光層の主体となる発光材料を以下にまとめる。低分子系有機化合物としては、トリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体やビス（ベンゾキノリラト）ベリリウム錯体等の金属錯体をはじめとし、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールジアミン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体等が適用可能である。また、これらの材料をホストとし、クマリン誘導体、ＤＣＭ、キナクリドン、ルブレン等をドーパントとして添加することで、量子効率を上げ、高輝度化、高効率化を図ることができる。
高分子系有機化合物としては、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェン系、ポリフルオレン系等があり、ポリ（パラフェニレンビニレン）（ｐｏｌｙ（ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ））：（ＰＰＶ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）（ｐｏｌｙ（２，５−ｄｉａｌｋｏｘｙ−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ））：（ＲＯ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（２’−エチル−ヘキソキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン）（ｐｏｌｙ［２−（２’−ｅｔｈｙｌｈｅｘｏｘｙ）−５−ｍｅｔｈｏｘｙ−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ］）：（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（ジアルコキシフェニル）−１，４−フェニレンビニレン）（ｐｏｌｙ［２−（ｄｉａｌｋｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ］）：（ＲＯＰｈ−ＰＰＶ）、ポリパラフェニレン（ｐｏｌｙ［ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ］）：（ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレン）（ｐｏｌｙ（２，５−ｄｉａｌｋｏｘｙ−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ））：（ＲＯ−ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジヘキソキシ−１，４−フェニレン）（ｐｏｌｙ（２，５−ｄｉｈｅｘｏｘｙ−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ））、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：（ＰＴ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）（ｐｏｌｙ（３−ａｌｋｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））：（ＰＡＴ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））：（ＰＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシルチオフェン）（ｐｏｌｙ（３−ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））：（ＰＣＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシル−４−メチルチオフェン）（ｐｏｌｙ（３−ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ−４−ｍｅｔｈｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））：（ＰＣＨＭＴ）、ポリ（３，４−ジシクロヘキシルチオフェン）（ｐｏｌｙ（３，４−ｄｉｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））：（ＰＤＣＨＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−チオフェン］（ｐｏｌｙ［３−（４ｏｃｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）−ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ］）：（ＰＯＰＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−２，２ビチオフェン］（ｐｏｌｙ［３−（４−ｏｃｔｙｌｐｈｅｎｙｌ）−２，２−ｂｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ］）：（ＰＴＯＰＴ）、ポリフルオレン（ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｅｎｅ）：（ＰＦ）、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉａｌｋｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ）：（ＰＤＡＦ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ）：（ＰＤＯＦ）等が挙げられる。
【００６５】
電子注入輸送層又は正孔注入輸送層として用いることができる無機化合物には、ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣＮ、及びこれらの酸化物又は窒化物の他、これらにＰ、Ｂ、Ｎ等が適宜ドーピングされたものがある。また、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、酸化物、窒化物又はフッ化物をも、用いることができる。さらには、当該金属とＺｎ、Ｓｎ、Ｖ、Ｒｕ、Ｓｍ、またはＩｎとの化合物もしくは合金であっても良い。
【００６６】
また、これらの各層を混合した混合接合構造を形成しても良い。
【００６７】
なお、ＥＬ素子の発光は、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）とがある。本発明に係るＥＬ素子は、いずれか一方の発光を用いていても良く、又は両方の発光を用いていても良い。
【００６８】
第２の画素電極６６４としては、金属成分とアルカリ金属又はアルカリ土類金属、若しくはその両者を含む成分とからなる多成分の合金若しくは化合物を用いる。金属成分としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｖ、Ｐｄ等が挙げられる。一方、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の具体例としては、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｃｓ（セシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）等が挙げられる。その他、これら以外にもＹｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｔｍ（ツリウム）等を適用しても良い。第２電極は、上記金属成分にアルカリ金属又はアルカリ土類金属のうち仕事関数が３ｅＶ以下のものを０．０１〜１０重量％含ませた合金若しくは化合物とする。陰極として機能させる目的において、第２電極の厚さは適宜設定すれば良いが、概ね０．０１〜１μｍの範囲内として、電子ビーム蒸着法で形成すれば良い。
【００６９】
また、パッシベーション膜６６５としては、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜（ＤＬＣ膜、ＣＮ膜など）その他の水分や酸素に高いブロッキング性を示す絶縁膜を用いることができる。
【００７０】
次に、発光素子１を封止するために不活性気体雰囲気でシール材６８５及び封止材６９１で封止基板６８４を貼り合わせる。なお、シール材６８５としてはフィラーを含む粘性の高いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、封止材６９１としては透光性が高く、且つ、粘性の低いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材６８５及び封止材６９１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。
【００７１】
なお、本実施例では、表示装置としてＥＬ表示装置の作製工程を述べたがこれに限られるものではなく、液晶表示装置、電界放出表示装置等を適応することもできる。
【００７２】
このように、本発明を用いて作製したアクティブマトリクス基板をＥＬ表示装置に適応することで、表示ムラの少ない表示装置を作製することが可能である。
【００７３】
（実施例３）
本発明を適用して、実施例２のように作製した表示装置を組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【００７４】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図９に示す。
【００７５】
図９（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明を適用することにより、表示ムラの少ない表示が可能なパーソナルコンピュータを作製することが出来る。
【００７６】
図９（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明を適用することで、表示ムラの少ない表示部を有するビデオカメラを作製することが出来る。
【００７７】
図９（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明を適応することで、表示ムラの少ない表示が可能なモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）を作製することが出来る。
【００７８】
図９（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明を適用することで、小型で軽量且つ表示ムラの少ないゴーグル型ディスプレイを作製することが出来る。
【００７９】
図９（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明を適用することで、小型で軽量かつ表示ムラの少ない表示が可能なプレーヤーを作製することが出来る。
【００８０】
図９（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を適用することで、表示ムラの少ない表示部を有するデジタルカメラを作製することが出来る。
【００８１】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざま分野の電子機器に適用することが可能である。
【００８２】
【発明の効果】
本発明を半導体膜のレーザ結晶化に適応することにより、レーザ光の走査方向に垂直な方向に形成される縞、即ちレーザ光の照射方向に沿って形成される縞を抑制し、半導体膜の結晶性を膜全体においてランダムにすることができる。また、本発明により形成した半導体膜を半導体素子に用いることにより、半導体素子のバラツキを低減することができる。また、半導体素子を作製する際、デザイン設計を基板ごとに行う必要がなく、スループットが向上する。さらには、該半導体素子を表示装置に用いると、表示ムラを抑制することができ、従来より高画質な表示装置及びそれ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】
【図１】本発明の実施の形態１を示す図。
【図２】レーザ光の照射方法を示す図。
【図３】本発明の実施の形態２を示す図。
【図４】本発明の実施例１を示す図。
【図５】本発明の実施例１を示す図。
【図６】本発明の実施例２を示す図。
【図７】本発明により形成されたシリコン膜の結晶性を示す図。
【図８】従来のレーザ結晶化により作製された半導体膜の模式図。
【図９】本発明を適応した電子機器を示す図。
【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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