(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、第１の反射鏡と、第２の反射鏡とを有し、
前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡は、それぞれ複数の反射面を有し、
前記第１の反射鏡の前記複数の反射面は、それぞれ第１の方向の断面形状が放物線となり且つ前記第１の方向に直交する第２の方向の断面形状が直線状となり、互いの前記第１の方向が平行となり且つ互いの前記第２の方向が平行となるように配置された構成を有し、
前記第２の反射鏡の前記複数の反射面は、それぞれ第３の方向の断面形状が放物線となり且つ前記第３の方向に直交する第４の方向の断面形状が直線状となり、互いの前記第３の方向が平行となり且つ互いの前記第４の方向が平行となるように配置された構成を有し、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡は、前記第１の方向と前記第３の方向が直交するように配置され、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームは、前記第１の反射鏡の前記複数の反射面によって反射されて、前記第２の方向に拡大及び均一化され、
前記第１の反射鏡によって反射されたレーザビームは、前記第２の反射鏡の前記複数の反射面によって反射されて、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第５の方向に均一化され、
前記第２の反射鏡によって反射されたレーザビームを被照射面に照射することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ発振器は、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザのいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記レーザ発振器は、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
第１の反射鏡と、第２の反射鏡とを有し、
前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡は、それぞれ複数の反射面を有し、
前記第１の反射鏡の前記複数の反射面は、それぞれ第１の方向の断面形状が放物線となり且つ前記第１の方向に直交する第２の方向の断面形状が直線状となり、互いの前記第１の方向が平行となり且つ互いの前記第２の方向が平行となるように配置された構成を有し、
前記第２の反射鏡の前記複数の反射面は、それぞれ第３の方向の断面形状が放物線となり且つ前記第３の方向に直交する第４の方向の断面形状が直線状となり、互いの前記第３の方向が平行となり且つ互いの前記第４の方向が平行となるように配置された構成を有し、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡は、前記第１の方向と前記第３の方向が直交するように配置されており、
レーザビームを前記第１の反射鏡によって反射して、前記第２の方向に拡大及び均一化し、
前記第１の反射鏡によって反射されたレーザビームを前記第２の反射鏡によって反射して、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第５の方向に均一化し、
前記第２の反射鏡によって反射されたレーザビームを半導体膜に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５】
請求項４において、
前記半導体膜を用いて薄膜トランジスタを作製す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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明はレーザビームのエネルギー分布をある特定の領域で均一化する装置に関する。また、前記均一化の方法に関する。また、本願発明は、前記均一化の手段を用いて作製された薄膜トランジスタで構成された回路を有する半導体装置に関する。例えば液晶表示装置に代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電気機器の構成に関する。なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、上記電気光学装置および電気機器も半導体装置である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜や結晶性半導体膜（単結晶でない、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）、すなわち、非単結晶半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。このため、上記研究が盛んに行われている。結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度をあまり変えずに非単結晶半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００４】
レーザアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。前記結晶性珪素膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜と呼ばれる。
【０００５】
また、エキシマレーザ等の、出力の大きいパルス発振式のレーザビームを、被照射面において、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、レーザビームを走査させて（レーザビームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて）、レーザアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
【０００６】
特に、線状のレーザビームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた場合とは異なり、線状のレーザビームの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射することができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。この高い量産性により、現在レーザアニールにはパルス発振のエキシマレーザのレーザビームを適当な光学系で加工した線状のレーザビームを使用することが主流になりつつある。
【０００７】
図２に、被照射面においてレーザビームの断面形状を線状に加工するための光学系の例を示す。図２中に示す光学系はきわめて一般的なものである。前記光学系は、レーザビームの断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に、被照射面におけるレーザビームのエネルギー均一化を果たすものである。一般にビームのエネルギーの均一化を行う光学系を、ビームホモジナイザと呼ぶ。図２に示した光学系もビームホモジナイザである。
【０００８】
紫外光であるエキシマレーザを光源に使用するならば、上記光学系の母材は例えばすべて石英とするとよい。なぜならば、高い透過率が得られるからである。また、コーティングは、使用するエキシマレーザの波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するとよい。
【０００９】
まず、図２の側面図について説明する。レーザ発振器１２０１から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ１２０２aと１２０２bにより、レーザビームの進行方向に対し直角方向に分割される。前記直角方向を本明細書中では、縦方向と呼ぶことにする。前記縦方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、４分割となっている。これらの分割されたレーザビームは、シリンドリカルレンズ１２０４により、いったん１つのレーザビームにまとめられる。再び分離したレーザビームはミラー１２０７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ１２０８により、被照射面１２０９にて再び１つのレーザビームに集光される。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。これにより、線状のレーザビームの短幅方向のエネルギー均一化がなされ、短幅方向の長さが決定される。
【００１０】
次に、上面図について説明する。レーザ発振器１２０１から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ１２０３により、レーザビームの進行方向に対し直角方向でかつ、縦方向に対し直角方向に分割される。前記直角方向を本明細書中では、横方向と呼ぶことにする。前記横方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、７分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ１２０５にて、レーザビームは被照射面１２０９にて１つに合成される。ミラー１２０７以降が破線で示されているが、前記破線は、ミラー１２０７を配置しなかった場合の正確な光路とレンズや被照射面の位置を示している。これにより、線状のレーザビームの長手方向のエネルギーの均一化がなされ、長手方向の長さが決定される。
【００１１】
上述で説明したように、シリンドリカルレンズアレイ１２０２aとシリンドリカルレンズアレイ１２０２bとシリンドリカルレンズアレイ１２０３とがレーザビームを分割するレンズとなる。これらの分割数により、得られるレーザビームの均一性が決まる。
【００１２】
上記の諸レンズは、エキシマレーザに対応するため合成石英製である。また、エキシマレーザをよく透過するように表面にコーティングを施している。これにより、レンズ１つあたりのエキシマレーザの透過率は９９％以上になった。
【００１３】
上記の構成で加工された線状のレーザビームをそのレーザビームの短幅方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、例えば非単結晶珪素膜全面に対しレーザアニールを施して結晶化させたり結晶性を向上させることができる。
【００１４】
次に、照射対象となる半導体膜の典型的な作製方法を示す。
【００１５】
まず、基板として、厚さ0.7mm、５インチ角のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマCVD装置を用いて、厚さ２００nmのSiO2膜（酸化珪素膜）を成膜し、SiO2膜表面に厚さ５０nmの非晶質珪素膜（以下、a-Si膜と表記する）を成膜した。基板を、温度５００℃の窒素雰囲気にて１時間加熱して、膜中の水素濃度を減らした。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上した。
【００１６】
レーザ発振器は、ラムダ社製のXeClエキシマレーザ（波長３０８nm、パルス幅３０ｎｓ）L３３０８を使用した。前記レーザ発振器はパルス発振レーザを発し、１パルスあたり５００mJのエネルギーを出す能力を持っている。レーザビームのサイズは、レーザビームの出口で、１０×３０ｍｍ（共に半値幅）である。レーザビームの出口は、本明細書中ではレーザ発振器からレーザビームが出た直後における、レーザビームの進行方向に垂直な平面で定義する。
【００１７】
エキシマレーザの発生するレーザビームの形状は一般的に長方形状であり、アスペクト比で表現すると、１〜５位の範囲に入る。レーザビームの強度は、レーザビームの中央ほど強い、ガウシアンの分布を示す。前記レーザビームのサイズは、図２に示した光学系により、エネルギー分布の一様な１２５mm×０.４mmの線状のレーザビームに変換された。
【００１８】
本発明人の実験によると、上述の半導体膜に対しレーザビームを照射する場合、重ね合わせのピッチは線状レーザビームの短幅（半値幅）の１／１０前後が最も適当であった。これにより、結晶性の前記半導体膜内における均一性が向上した。上記の例では、前記半値幅が０．４ｍｍであったので、エキシマレーザのパルス周波数を３０Ｈｚ、走査速度を１．０ｍｍ／ｓとし、レーザビームを照射した。このとき、レーザビームの被照射面におけるエネルギー密度は４００ｍＪ／ｃｍ2とした。これまで述べた方法は線状レーザビームを使って半導体膜を結晶化するために用いられる極めて一般的なものである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズとダブレットシリンドリカルレンズは、高い加工精度が要求される。また、多くのレンズを用いるため、互いの位置調整が難しい。よって、かなり熟練した作業者が調整をしてはじめて所望のビームを得ることができる。また、上記の光学系はおもに光学レンズにて構成されているので、光学レンズのレーザビームによる劣化が不可避である。
【００２０】
たとえば、光源としてKrFエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を用いた場合、たとえ光学レンズにエキシマグレードの石英製レンズを用いたとしても、その寿命は長くても数年であり、光学系の値段を考えると非常にコストの高いものとなる。
【００２１】
光学系が劣化すると主に透過率が低下する。これは、特に大出力が必要な半導体膜の結晶化工程において深刻な問題である。
【００２２】
また、近年、生産性の向上のため、基板の大面積化が著しい。新しく開発が進んでいる量産工場で扱う基板のサイズは、６００×７２０ｍｍ以上が標準となりつつある。これに伴い、線状のレーザビームの長さも基板の、少なくとも短辺以上の長さのものが必要となってきている。このような長さの線状のレーザビームは、１つの大面積基板の全面を一度の走査でレーザアニールすることができるので、生産性に優れ非常に有用である。
【００２３】
また、１つの大面積基板を前記大面積基板の短辺よりも短い長さの線状のレーザビームを使って、前記大面積基板の全面をレーザアニールする場合、前記線状のレーザビームを複数回走査させなければならない。このようなレーザアニールを行った場合、例えば一度目のレーザアニールの走査により結晶化された部分と、二度目のレーザアニールの走査により結晶化された部分との境目には、半導体装置を作製することができないか、たとえその部分に作製したとしても十分な特性が得られない可能性が高い。
【００２４】
しかしながら、長さ６００ｍｍ以上の線状のレーザビームを、従来例で示した光学系をそのまま使って作製しようとすると、ダブレットシリンドリカルレンズ１２０８のサイズも６００ｍｍ近くになる。このようなサイズのレンズの価格は非常に高く、１枚で１億円近くし、またレンズの劣化も起こることから、実用化するのが困難である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の線状のレーザビーム形成用光学系の構成をすべて反射式の光学系に置き換えるものである。前記構成がすべて反射式の光学系に変わることにより、レンズのレーザビームによる劣化や、球面レンズによる収差の影響等が解消される。また、光学系の大型化も透過式のレンズよりも反射式の光学系を用いた方が遙かに容易となる。これにより、線状のレーザビームの長尺化も容易となる。また、調整の困難さも同時に解消されるような光学系を考案した。
【００２６】
本発明は特に短波長のレーザビームに有効である。特に波長が２５０ｎｍ以下のレーザビームが透過式のレンズに与えるダメージは非常に大きいが、反射鏡に対しては、適当なコーティングをすればダメージを比較的小さくすることができる。また、反射鏡であれば、たとえダメージが生じたとしても表面のコーティングのみをやり直せば元の状態に戻すことができる。一方、透過式のレンズは、表面のコーティングは勿論のことレンズの内部にまで損傷が及ぶので、透過式のレンズが劣化したときは、再度レンズを作製しなければならない。
【００２７】
図１に本発明の線状レーザビーム形成用光学系の例を示す。本光学系はすべて反射鏡により構成されている。
【００２８】
まず、上面図を説明する。レーザ発振器１１０１から出たレーザビームは図１中、矢印の方向に伝搬される。まず、レーザビームは放物面鏡１１０２と１１０３により拡大される。この構成は、レーザ発振器１１０１から出るレーザビームが十分に大きい場合には必要ない。
【００２９】
レーザ発振器から出るレーザビームの形状によっては、前記レーザビームの１方向のみを拡大してもよい。この場合は、放物面鏡１１０２と１１０３には、シリンドリカルの放物面鏡を用いる。本明細書中、シリンドリカルの放物面鏡とは、図３にその断面図の一例を示したが、シリンドリカルの放物面鏡の反射面が、放物線１３０６の一部を前記放物線１３０６を含む平面と垂直な方向に平行移動させた前記放物線１３０６の一部の描く軌跡に一致するものと定義する。
【００３０】
本発明の光学系は、平面鏡、放物面鏡、シリンドリカルの放物面鏡の組み合わせにより構成される。
【００３１】
拡大されたレーザビームは、２つの平面鏡１１０４と１１０５とにより複数個のシリンドリカルの放物面鏡で構成された反射鏡１１０６に入射する。前記複数個のシリンドリカルの放物面鏡が有する反射面に含まれる任意の直線は互いに平行に配置する。反射鏡１１０６の形状は、凹シリンドリカルレンズアレイに近いが、曲面の形状が異なる。２つの平面鏡１１０４、１１０５は、拡大されたレーザビームを反射鏡１１０６に正確に入射させる役割を果たす。２つの平面鏡１１０４、１１０５は、その役割からわかるように必ずしも２枚である必要はなく、２枚以上の複数枚で構成されていてもよい。
【００３２】
反射鏡１１０６を構成する任意の１つのシリンドリカルの放物面鏡からの反射光は、一端前記放物面の焦点で集光され、破線で描かれている被照射面１１０８にてある特定の範囲に広がる。上面図中破線で描かれている図形は、反射鏡１１０７を配置しなかった場合の正確なレーザビームの光路と、前記光路に合わせて配置する被照射面１１０８とステージ１１０９を表している。
【００３３】
放物面鏡の焦点の位置は放物面の形によって決定される。よって、反射鏡１１０６を構成するシリンドリカルの放物面鏡のそれぞれの焦点の位置を適当に決定すれば、すべてのシリンドリカルの放物面鏡からの光をある特定の範囲に集めることができる。これにより線状のレーザビームの、長手方向のエネルギー分布の均一化がなされる。上面図中の反射鏡１１０７は、反射鏡１１０６と同様のものである。反射鏡１１０７により、レーザビームは紙面の垂直方向に曲げられる。
【００３４】
上記複数個のシリンドリカルの放物面鏡で構成された反射鏡１１０６の例を図３に示す。図３中、複数個のシリンドリカルの放物面鏡で構成された反射鏡１３００は、２つのシリンドリカルの放物面鏡１３０１、１３０２を含んでいる。一般に知られているように、放物面鏡は平行光線を一点に集光させる。よって、適当な放物面鏡を形成すれば、図３の矢印で示すように光を反射させることができる。図３中の矢印は、レーザビームの進行方向を示す。シリンドリカルの放物面鏡１３０１の反射面を延長した図形を破線１３０６で示した。破線１３０６と前記シリンドリカルの放物面鏡１３０１とで放物線が形成される。前記放物線の焦点は、点１３０４に位置しており、レーザビームが点１３０４に集光されるように、シリンドリカルの放物面鏡１３０１に対するレーザビームの入射方向を選ぶ。前記放物線１３０６の線対称な直線と平行な方向からレーザビームを入射させれば、点１３０４にレーザビームを集光させることができる。
【００３５】
シリンドリカルの放物面鏡１３０１からの反射されたレーザビームは、被照射面１３０３で、ある特定の範囲に広がる。また、シリンドリカルの放物面鏡１３０２から同様に反射されたレーザビームも、前記シリンドリカルの放物面鏡１３０２を含む放物線の焦点１３０５で、いったん集光された後、被照射面１３０３で前記ある特定の範囲に広がる。２つのシリンドリカルの放物面鏡１３０１、１３０２から反射された２束のレーザビームは、被照射面１３０３にて１つに合成される。すなわち、被照射面１３０３にて、レーザビームが均一化される。
【００３６】
次に、図１の側面図について説明する。反射鏡１１０６から反射されたレーザビームは、反射鏡１１０７により、反射鏡１１０７を構成する複数のシリンドリカルの放物面のそれぞれの焦点に集光される。その後、複数の焦点に集光されたレーザビームはそれぞれ被照射面１１０８にて同一領域に広がる。これにより線状のレーザビームの、短幅方向のエネルギー分布の均一化がなされる。反射鏡１１０６、１１０７は、それぞれ上述した以外の形状のものを使っても同様の役割を果たすものがある。これらについては、実施例にて詳しく述べる。
【００３７】
１つ例を挙げると、反射鏡１１０７は線状のレーザビームの短幅方向におけるエネルギーの均一化をするものなので、レーザビームを大きく拡大する必要はない。よって、反射鏡１１０７の代わりに、複数の平面鏡で構成された反射鏡１６０１（図６参照。）を用いることもできる。各平面鏡からの反射光を同一領域に集めることにより、レーザビームのエネルギー分布を均一化できる。反射鏡１６０１に関しては以下の実施例で詳しく述べる。
【００３８】
反射鏡１１０６や反射鏡１１０７のように、レーザビームを分割する役割を果たす反射鏡を、本明細書中ではビーム分割する反射鏡と呼称するとする。本明細書中のビーム分割する反射鏡は、レーザビームを分割後、１つに合成する役割も兼ねている。
【００３９】
本発明の光学系により、長さ６００ｍｍ超の線状のレーザビームを形成することを考えたとき、最もサイズの大きくなる反射鏡は、反射鏡１１０７である。反射鏡１１０７は、図２に示した従来の光学系においては、シリンドリカルレンズアレイ１２０２aと、シリンドリカルレンズ１２０４と、シリンドリカルレンズアレイ１２０２bと、ダブレットシリンドリカルレンズ１２０８とに相当する。従来の光学系にて、長さ６００ｍｍ超の線状のレーザビームを作製するためには、ダブレットシリンドリカルレンズ１２０８のサイズを６００ｍｍ程度にしなければならないことから、線状のレーザビームの長尺化における反射鏡１１０７の役割は多大である。
【００４０】
他の反射鏡に関しては、線状のレーザビームが長尺化したとしても比較的小さいサイズで作製することができる。よって、光学系の作りやすさを考慮に入れると、前記他の反射鏡に関しては、従来使用していた透過型のレンズを使っても構わない。ただし、波長が紫外光の範囲で大出力の光に対応する透過型のレンズは非常に高価であり、また劣化が起こりやすい欠点を有していることから、やはり透過型のレンズを本光学系に利用するのは好ましくない。
【００４１】
従来型の光学系で、特に高価なものはシリンドリカルアレイレンズと、ダブレットシリンドリカルレンズである。よって、これらのレンズのみ本発明の光学系と置き換えてもよい。低コスト化を考慮すると、これが線状のレーザビームの長尺化には必要不可欠の要素となる。すなわち、本発明において不可欠な反射鏡は、反射鏡１１０６と反射鏡１１０７である。（ただし、反射鏡１１０６や反射鏡１１０７と同等の役割を果たす反射鏡に置換してもよい。前記反射鏡の例は後の実施例にて示す。）他の反射鏡は、透過型のレンズに置き換えても、劣化するたびに交換すればよい。しかしながら、やはり、図１に記載したような反射鏡のみで構成された光学系が最も経済性の高い構成であると考えられる。
【００４２】
本発明において、レーザビームの大きさが十分であれば、レーザビームを拡大するための、２つの放物面鏡１１０２、１１０３は必要ない。また、レーザビームの入射方向を変更する必要がない場合、例えば、レーザ発振器そのものが動いてレーザビームの入射方向が変更できるようになっている場合には、平面鏡１１０４、１１０５は必要ない。すなわち、レーザビームを拡大するための光学系と、レーザビームの入射方向を変更させるための光学系は本発明に必ずしも必要ではない。
【００４３】
本発明の光学系と組み合わせるレーザ発振器は、大出力でかつ半導体膜によく吸収される波長域が好ましい。半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮し、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は６００ｎｍ以下であることが好ましい。このようなレーザビームを出すレーザ発振器には、例えば、エキシマレーザ、YAGレーザ（高調波）、ガラスレーザ（高調波）がある。
【００４４】
また、現在の技術ではまだ大出力は得られていないが、珪素膜の結晶化に適当な波長域にあるレーザ発振器として、例えば、YVO4レーザ（高調波）、YLFレーザ(高調波)、Arレーザがある。
【００４５】
本発明の１つは、被照射面において線状に分布するレーザビームを形成するためのビームホモジナイザであって、
前記ビームホモジナイザは、ビーム分割する反射鏡を２つ有することを特徴とするビームホモジナイザである。
【００４６】
本発明の他の１つは、被照射面において線状に分布するレーザビームを形成するためのビームホモジナイザであって、
前記ビームホモジナイザはビーム分割する反射鏡を２つ有し、前記反射鏡はそれぞれ複数の反射面で構成されており、前記複数の反射面の任意の１つは、放物線の一部を前記放物線を含む平面と垂直な方向に平行移動させた前記放物線の一部の描く軌跡に一致することを特徴とするビームホモジナイザである。
【００４７】
本発明の他の構成は、被照射面において線状に分布するレーザビームを形成するためのビームホモジナイザであって、
前記ビームホモジナイザはビーム分割する反射鏡を２つ有し、
前記反射鏡の１つは複数の反射面で構成されており、前記複数の反射面の任意の１つは、放物線の一部を前記放物線を含む平面と垂直な方向に平行移動させた前記放物線の一部の描く軌跡に一致し、
前記反射鏡の他の１つは、複数の平面鏡で構成されていることを特徴とするビームホモジナイザである。
【００４８】
ビームホモジナイザの発明において、前記線状に分布するレーザビームの長さは６００ｍｍ以上であると大面積の基板に効率よくレーザビームを照射できるのでよい。
【００４９】
本発明の他の構成は、被照射面において線状に分布するレーザビームを形成するレーザ照射装置であって、
レーザ発振器と、
複数の反射面で構成されているビーム分割する反射鏡を２つとを有し、
前記複数の反射面の任意の１つは、放物線の一部を前記放物線を含む平面と垂直な方向に平行移動させた前記放物線の一部の描く軌跡に一致することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００５０】
本発明の他の構成は、被照射面において線状に分布するレーザビームを形成するためのレーザ照射装置であって、
レーザ発振器と、
複数の反射面で構成される第一のビーム分割する反射鏡と、
複数の平面鏡で構成される第二のビーム分割する反射鏡と、を有し、
前記複数の反射面の任意の１つは、放物線の一部を前記放物線を含む平面と垂直な方向に平行移動させた前記放物線の一部の描く軌跡に一致することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００５１】
レーザ照射装置の発明において、前記線状に分布するレーザビームの長さは６００ｍｍ以上であると大面積の基板に効率よくレーザビームを照射できるのでよい。
【００５２】
レーザ照射装置の発明において、前記レーザ発振器は、エキシマレーザ、YAGレーザ、ガラスレーザのいずれかであると、珪素膜に対するレーザビームのエネルギー吸収率が高く、容易に大出力が得られるのでよい。
【００５３】
レーザ照射装置の発明において、前記レーザ発振器は、YVO4レーザ、YLFレーザ、Arレーザのいずれかであると珪素膜に対するレーザビームのエネルギー吸収率が高いのでよい。
【００５４】
本発明の他の構成は、絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置において、
前記半導体膜には、ビーム分割する反射鏡を２つ有するビームホモジナイザにて形成された線状のレーザビームが照射されたことを特徴とする半導体装置である。
【００５５】
上記絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する半導体装置の作製方法は実施例にて詳しく記した。
【００５６】
本発明の他の構成は、基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを２つのシリンドリカルの放物面鏡または、２つの放物面鏡により拡大する工程と、
拡大された前記レーザビームの進行方向を複数の平面鏡により変更する工程と、進行方向を変更された前記レーザビームを複数のシリンドリカルの放物面鏡で構成される２つのビーム分割する反射鏡にて分割し、さらに分割された前記レーザビームを被照射面にて１つの線状のレーザビームに合成し、前記被照射面における前記線状のレーザビームのエネルギー分布を均一化する工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５７】
本発明の他の構成は、基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを２つのシリンドリカルの放物面鏡または、２つの放物面鏡により拡大する工程と、
拡大された前記レーザビームを複数のシリンドリカルの放物面鏡で構成される２つのビーム分割する反射鏡にて分割し、さらに分割された前記レーザビームを被照射面にて１つの線状のレーザビームに合成し、前記被照射面における前記線状のレーザビームのエネルギー分布を均一化する工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５８】
本発明の他の構成は、
基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、
基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを２つのシリンドリカルの放物面鏡または、２つの放物面鏡により拡大する工程と、
拡大された前記レーザビームの進行方向を複数の平面鏡により変更する工程と、進行方向を変更された前記レーザビームを複数のシリンドリカルの放物面鏡で構成される第一のビーム分割する反射鏡と複数の平面鏡で構成される第二のビーム分割する反射鏡にて分割し、さらに分割された前記レーザビームを被照射面にて１つの線状のレーザビームに合成し、前記被照射面における前記線状のレーザビームのエネルギー分布を均一化する工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００５９】
本発明の他の構成は、基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを２つのシリンドリカルの放物面鏡または、２つの放物面鏡により拡大する工程と、
拡大された前記レーザビームを複数のシリンドリカルの放物面鏡で構成される第一のビーム分割する反射鏡と複数の平面鏡で構成される第二のビーム分割する反射鏡にて分割し、さらに分割された前記レーザビームを被照射面にて１つの線状のレーザビームに合成し、前記被照射面における前記線状のレーザビームのエネルギー分布を均一化する工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００６０】
本発明の他の構成は、基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを複数のシリンドリカルの放物面鏡で構成される２つのビーム分割する反射鏡にて分割し、さらに分割された前記レーザビームを被照射面にて１つの線状のレーザビームに合成し、前記被照射面における前記線状のレーザビームのエネルギー分布を均一化する工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００６１】
本発明の他の構成は、  基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、
基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを複数のシリンドリカルの放物面鏡で構成される第一のビーム分割する反射鏡と複数の平面鏡で構成される第二のビーム分割する反射鏡にて分割し、さらに分割された前記レーザビームを被照射面にて１つの線状のレーザビームに合成し、前記被照射面における前記線状のレーザビームのエネルギー分布を均一化する工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００６２】
上記発明に記載のレーザビームの発振器は、エキシマレーザ、YAGレーザ、ガラスレーザのいずれかであると、珪素膜に対するレーザビームのエネルギー吸収率が高く、容易に大出力が得られるのでよい。
【００６３】
上記発明に記載のレーザビームの発振器は、YVO4レーザ、YLFレーザ、Arレーザのいずれかであると珪素膜に対するレーザビームのエネルギー吸収率が高いのでよい。
【００６４】
【発明の実施の形態】
まず、基板として１２７×１２７×０.７ｍｍのガラス基板（コーニング１７３７）を用意する。この基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性がある。前記ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜する。さらに、その上から非晶質珪素膜を５５ｎｍの厚さに成膜する。成膜は、共にスパッタ法にて行う。あるいはプラズマＣＶＤ法にて成膜してもよい。
【００６５】
上記成膜済の基板を、４５０℃の窒素雰囲気中にて１時間加熱する。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれる。  前記膜内の水素の濃度は１０20/cm3オーダーが適当である。ここで、１０20/cm3とは、１ｃｍ3あたりに水素原子が１０20個存在するという意味である。
【００６６】
本実施例では、レーザ発振器として、ラムダフィジック社製Ｌ３３０８XeClエキシマレーザを使う。前記エキシマレーザは、パルスレーザである。前記エキシマレーザの最大エネルギーは、１パルスあたり５００ｍＪ、発振波長は３０８ｎｍ、最大周波数は３００Ｈｚである。基板１枚をレーザ処理する間、該パルスレーザの１パルスごとのエネルギー変動は、±１０％以内、好ましくは±５％以内に収まっていると、均一な結晶化が行える。
【００６７】
ここで述べているレーザエネルギーの変動は、以下のように定義する。すなわち、基板１枚を照射している期間のレーザエネルギーの平均値を基準とし、その期間の最小エネルギーまたは最大エネルギーと前記平均値との差を％で表したものである。
【００６８】
前記膜に対するレーザビームの照射は、ステージ１１０９上で行う。レーザビームのピントは前記膜表面に合うように調整する。ピントを正確に合わせるための光学系の調整は、以下の要領で行う。
【００６９】
まず、放物面鏡１１０２と１１０３とのそれぞれの焦点を一致させ、レーザ発振器１１０１から出たレーザビームの拡大を行う。さらに、２枚の平面鏡１１０４、１１０５により、レーザビームを反射鏡１１０６の中央に導入する。反射鏡１１０６の傾きを微調整することにより、被照射面１１０８における線状のレーザビームの大まかな位置を決定する。線状のレーザビームの長手方向におけるエネルギー分布の調整はこれで十分である。ただし、反射鏡１１０６と被照射面１１０８との光学的距離は、所定の距離に調整しておく。この距離も厳密に合わせる必要はない。
【００７０】
次に、線状のレーザビームの短幅方向のエネルギー分布を調整する。始めに、目視で反射鏡１１０７の傾きを調整する。このとき、被照射面１１０８で、レーザビームが１本の線になるように、おおまかな調整を行う。前記傾きが適当な位置から極端にずれていると、レーザビームが被照射面において１本にならない。つぎに、上記膜にレーザビームを照射し、そのレーザビームの照射跡を調べる。もし、ピントが正確にあっていなければ、レーザビームの照射跡は、ある分布をもったものとなる。すなわち、反射鏡１１０７で分割された複数のレーザビームが被照射面１１０８にて完全に１つに重なっておらず、均一なビームができていない状態となっている。このようなときは反射鏡１１０７の傾きを微調整し、上記複数のレーザビームができるだけ１つに重なり合うようにする。反射鏡１１０７の傾きのみの調整で、うまくレーザビームが１つにならないようであれば、ステージ１１０９の高さを微調整する。
【００７１】
線状のレーザビームのエネルギー分布の均一性を高めるには、ステージ１１０９の高さと反射鏡１１０７の傾きを精密に調整するとよい。このように、本発明の光学系は、光学系の微調整箇所が２カ所しかないので、非常に簡単に調整できる。
【００７２】
一方、従来の光学系は、シリンドリカルレンズアレイ、シリンドリカルレンズ、ダブレットシリンドリカルレンズ、ミラー、ステージと、線状のレーザビームのエネルギー分布の均一性を決める光学系の微調整部分が５カ所もあった。
【００７３】
以上のことから、本発明により、光学調整に要する時間が飛躍的に短縮されることがわかる。上述の手順で所望の均一な線状のレーザビームが得られたら、上記で作製した半導体膜の全面にレーザビームの照射を行う。
【００７４】
レーザビームの照射は例えば、図１に示したステージ１１０９を矢印の方向に走査させながら行う。このとき、被照射面におけるレーザビームのエネルギー密度や、走査のスピードは、実施者が適宜決めればよい。だいたいの目安は、エネルギー密度２００ｍＪ/cm2〜１０００ｍＪ/cm2の範囲である。走査のスピードは、線状のレーザビームの短幅が９０％程度もしくはそれ以上で互いに重なり合う範囲で適当なものを選ぶと、均一なレーザアニールを行える可能性が高い。最適な走査スピードは、レーザ発振器の周波数に依存し、前記周波数に比例すると考えてよい。
【００７５】
こうして、レーザアニール工程が終了する。上記工程を繰り返すことにより、多数の基板を処理できる。前記基板を利用して例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイを作製することができる。前記作製は、実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【００７６】
本発明の光学系は、長さ６００ｍｍを超える線状のレーザビームを容易に作り出すことができるので、大量生産のラインに組み込むのに適している。レーザ発振器は、レーザビームを長尺化してもエネルギー密度が十分ある大出力のものを使う。必要な出力は線状レーザビームの短幅長やレーザビームの波長にもよるが、１パルスあたり、１Ｊ以上はある方がよい。
【００７７】
上記の例ではレーザ発振器にエキシマレーザを用いたが、それ以外にYAGレーザの高調波やガラスレーザの高調波を用いても同様な大出力が得られ、かつ珪素膜にレーザビームのエネルギーが良く吸収されるので好ましい。その他、珪素膜の結晶化に適当なレーザ発振器として、YVO4レーザ、YLFレーザ、Arレーザなどがある。これらのレーザビームの波長域は珪素膜によく吸収される。
【００７８】
上記の例では、非単結晶半導体膜には非晶質珪素膜を使ったが、本発明は他の非単結晶半導体にも適用できることが容易に推測できる。例えば、非単結晶半導体膜に非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を使用しても良い。あるいは、後の実施例にて作製方法の例を示すが、非単結晶半導体膜に多結晶珪素膜を使用してもよい。
【００７９】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、発明実施の形態に記載した光学系とは別の光学系の例を挙げる。
【００８０】
図４に本実施例で説明する光学系の例を示す。図４に示した光学系の構成は、反射鏡１１０６を除いて図１で示した光学系の構成と全く同じである。よって、図１で示した光学系をそのまま利用できる部分の光学系については、図４中でも、図１と同一符号を用いる。
【００８１】
図４中、反射鏡１４０１にレーザビームが達するまでは、図１に示した光学系と全く同じ光路を通る。反射鏡１４０１は、反射鏡１１０６と同様に複数のシリンドリカルの放物面鏡で構成される。反射鏡１１０６が凹面鏡の集合体である一方で、反射鏡１４０１は凸面鏡の集合体である。この点で両者は異なる。よって、反射鏡１４０１に入射した図中の矢印で示したレーザビームは、反射した後、図４中に描いた矢印の方向に広がりながら進む。そして、被照射面１１０８のある特定の範囲に広がる。
【００８２】
図７に、反射鏡１４０１の形状の詳細を示す。図７は、図４と同一方向から見た図面である。図４中、反射鏡１４０１は、４つのシリンドリカルの放物面鏡を有しているが、図７では簡略化のため２つのシリンドリカルの放物面鏡を有する反射鏡１７００を使って説明する。
【００８３】
図７中、シリンドリカルの放物面鏡１７０１は点１７０４を焦点にもつ放物線１７０５の一部で示せる。放物線１７０５を２等分する直線とレーザビームの入射方向とを平行にすると、前記レーザビームは、シリンドリカルの放物面鏡１７０１から焦点１７０４を中心として広がりながら反射する。前記反射したレーザビームは、被照射面１７０３にてある特定の範囲に広がる。
【００８４】
同様にして、シリンドリカルの放物面鏡１７０２から反射したレーザビームも被照射面１７０３で、ある特定の範囲に広がる。シリンドリカルの放物面鏡１７０１、１７０２から反射されたレーザビームは両者共に、被照射面１７０３の同一領域に達するように、前記シリンドリカルの放物面鏡１７０１、１７０２の反射面は調整されている。これにより、反射鏡１７００に入射したレーザビームは被照射面１７０３にて均一化された。
【００８５】
本実施例で示した光学系を利用して、例えば発明実施の形態に従った方法にて、半導体膜のレーザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイを作製することができる。前記作製は、実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【００８６】
〔実施例２〕
本実施例では、実施例１とは異なる他の光学系の例を示す。
【００８７】
図５に本実施例で説明する光学系の例を示す。図５に示した光学系の構成は、反射鏡１１０６を除いて図１で示した光学系の構成と全く同じである。よって、図１で示した光学系をそのまま利用できる部分の光学系については、図５中でも、図１と同一符号を用いる。
【００８８】
図５中、反射鏡１５０１にレーザビームが達するまでは、図１に示した光学系と全く同じ光路を通る。反射鏡１５０１は、反射鏡１１０６と同様に複数のシリンドリカルの放物面鏡から構成される。反射鏡１１０６が凹面鏡の集合体である一方で、反射鏡１５０１は凸面鏡と凸面鏡の集合体である。図５の例では、凸面鏡と凹面鏡とが交互に配置されている。この点で両者は異なる。反射鏡１５０１に入射した図中の矢印で示したレーザビームは、反射した後、図５中に描いた矢印の方向に進む。そして、被照射面１１０８のある特定の範囲に広がる。
【００８９】
反射鏡１５０１のように凹面鏡と凸面鏡とを混在させても、反射鏡１１０６や１４０１と同様の機能を持たすことができる。図３や図７に沿って詳しく説明した反射面の形状を混在させれば、反射鏡１５０１ができる。反射鏡１５０１は、凹面鏡と凸面鏡とを交互に配置したが、例えば凸凸凹凹や、凹凸凸凹の順に配置しても構わない。
【００９０】
本実施例で示した光学系を利用して、例えば発明実施の形態に従った方法にて、半導体膜のレーザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイを作製することができる。前記作製は、実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【００９１】
〔実施例３〕
本実施例では、実施例１及び２とは異なる他の光学系の例を示す。
【００９２】
図６に本実施例で説明する光学系の例を示す。図６に示した光学系の構成は、反射鏡１１０７を除いて図１で示した光学系の構成と全く同じである。よって、図１で示した光学系をそのまま利用できる部分の光学系については、図６中でも、図１と同一符号を用いる。
【００９３】
図６中、レーザビームは、反射鏡１６０１に達するまでは図１に示した光学系と全く同じ光路を通る。反射鏡１６０１は、反射鏡１１０６とは異なり複数の平面鏡で構成される。各平面鏡からの反射光が被照射面１１０８にて１つに合成される。これにより、反射鏡１６０１は、反射鏡１１０７と同様の機能を持たせることができる。前記反射鏡１６０１は、線状のレーザビームの短幅長方向においてエネルギー分布を均一化するためレーザビームを拡大する必要がない。すなわち、反射鏡１６０１は平面鏡の構成でよい。
【００９４】
反射鏡１６０１の拡大図を図８に反射鏡１８００として示す。レーザビームは、反射鏡１８００を構成する複数の平面鏡１８０１、１８０２、１８０３に反射後、ある平面１８０４にて同一領域に集光する。すなわち、反射鏡１８００にて、ある平面においてレーザビームのエネルギー分布を均一化することができる。
【００９５】
本実施例にて示した反射鏡１６０１は、発明実施の形態や実施例１〜２で示した光学系と自由に組み合わせて実施することができる。
【００９６】
〔実施例４〕
本実施例では、多結晶珪素膜にレーザビームを照射する例を示す。まず、多結晶珪素膜を作製する方法を述べる。
【００９７】
ガラス基板には、コーニング１７３７を用いる。前記ガラス基板の片方の面に、厚さ２００ｎｍの酸化珪素膜と、厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜を順に成膜する。成膜方法は、プラズマCVD法や、スパッタ法等にて行えばよい、その後、熱アニール法にて非晶質珪素膜を結晶化させる。熱アニール法は、例えば、窒素雰囲気中、６００℃の雰囲気に非晶質珪素膜を２４時間さらして行う。
【００９８】
あるいは、ＲＴＡ法などで結晶化させてもよい。また、特開平７-１３０６５２号公報に記載の方法で、前記非晶質珪素膜を結晶化させてもよい。その場合の例を以下に説明する。
【００９９】
まず、ガラス基板上に下地膜（例えば厚さ２００ｎｍの酸化珪素膜）を、非晶質半導体膜を２５〜１００nmの厚さで形成する。非晶質半導体膜は非晶質珪素膜、非晶質珪素・ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）膜、非晶質炭化珪素（ａ−ＳｉＣ）膜，非晶質珪素・スズ（ａ−ＳｉＳｎ）膜などが適用できる。これらの非晶質半導体膜は水素を前記非晶質半導体膜に含まれる全原子数の０．１〜４０%程度含有するようにして形成すると良い。例えば、非晶質珪素膜を５５nmの厚さで形成する。そして、重量換算で１０ｐｐｍの触媒元素を含む溶液をスピナーで基板を回転させて塗布するスピンコート法で触媒元素を含有する層を形成する。触媒元素にはニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などを用いる。この触媒元素を含有する層は、スピンコート法の他に印刷法やスプレー法、バーコーター法、或いはスパッタ法や真空蒸着法によって上記触媒元素の層を１〜５nmの厚さに形成しても良い。
【０１００】
結晶化の工程では、まず窒素雰囲気にて４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い、非晶質珪素膜の含有水素量を前記非晶質珪素膜に含まれる全原子数の５％以下にする。非晶質珪素膜の含有水素量が成膜後において最初からこの値である場合にはこの熱処理は必ずしも必要でない。そして、ファーネスアニール炉を用い、窒素雰囲気中で５５０〜６００℃で１〜８時間の熱アニールを行う。以上の工程により多結晶珪素膜から成る多結晶半導体膜を得ることができる。しかし、この熱アニールによって作製された多結晶半導体膜は、光学顕微鏡観察により観察すると局所的に非晶質領域が残存していることが観察されることがあり、このような場合、同様にラマン分光法では４８０ｃｍ-1にブロードなピークを持つ非晶質成分が観測される。そのため、熱アニールの後に本実施例が開示するレーザーアニール法で前記多結晶半導体膜を処理してその結晶性を高めることは有効な手段として適用できる。
【０１０１】
次に触媒元素を用いる他の結晶化法の例で、触媒元素を含有する層をスパッタ法により形成する方法を説明する。まず、同様にして、ガラス基板上に下地膜、非晶質半導体膜を２５〜１００nmの厚さで形成する。そして、非晶質半導体膜の表面に０．５〜５nm程度の酸化膜を形成する。このような厚さの酸化膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などで積極的に該当する被膜を形成しても良いが、１００〜３００℃に基板を加熱してプラズマ化した酸素雰囲気中に非晶質半導体膜の表面を晒しても良いし、過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）を含む溶液に非晶質半導体膜の表面を晒して形成しても良い。或いは、酸素を含む雰囲気中で紫外線光を照射してオゾンを発生させ、そのオゾン雰囲気中に非晶質半導体膜を晒すことによっても形成できる。
【０１０２】
このようにして表面に薄い酸化膜を有する非晶質半導体膜上に前記触媒元素を含有する層をスパッタ法で形成する。この層の厚さに限定はないが、１０〜１００nm程度の厚さに形成すれば良い。例えば、Ｎｉをターゲットとして、Ｎｉ膜を形成することは有効な方法である。スパッタ法では、電界で加速された前記触媒元素から成る高エネルギー粒子の一部が基板側にも飛来し、非晶質半導体膜の表面近傍、または該半導体膜表面に形成した酸化膜中に打ち込まれる。その割合はプラズマ生成条件や基板のバイアス状態によって異なるものであるが、好適には非晶質半導体膜の表面近傍や該酸化膜中に打ち込まれる触媒元素の量を１×１０11〜１×１０14/cm2程度となるようにすると良い。
【０１０３】
その後、触媒元素を含有する層を選択的に除去する。例えば、この層がＮｉ膜で形成されている場合には、硝酸などの溶液で除去することが可能であり、または、フッ酸を含む水溶液で処理すればＮｉ膜と非晶質半導体膜上に形成した酸化膜を同時に除去できる。いずれにしても、非晶質半導体膜の表面近傍の触媒元素の量を１×１０11〜１×１０14/cm2程度となるようにしておく。そして、同様にして熱アニールによる結晶化の工程を行い、多結晶半導体膜を得ることができる。前記多結晶半導体膜に本発明が開示する装置、および方法にてレーザアニールを行う。
【０１０４】
用いるレーザ照射装置は、発明実施の形態や実施例１〜３で使ったものとする。また、レーザ照射方法も発明実施の形態と同様にすればよい。ただし、照射対象が、発明実施の形態で示したものとはやや異なるので、レーザビームの被照射面でのエネルギー密度や、走査スピードなどは、実施者が適宜決定しなければならない。
【０１０５】
上記製法で作製された多結晶半導体膜を基に、アクティブマトリクス基板を完成させることができる。しかし、結晶化の工程において珪素の結晶化を助長する触媒元素を使用した場合、島状半導体層中には微量（１×１０17〜１×１０19/cm3程度）の触媒元素が残留する。勿論、そのような状態でもＴＦＴを完成させることが可能であるが、残留する触媒元素を少なくともチャネル形成領域から除去する方がより好ましかった。この触媒元素を除去する手段の一つにリン（Ｐ）によるゲッタリング作用を利用する手段がある。
【０１０６】
この目的におけるリン（Ｐ）によるゲッタリング処理は、半導体層の活性化工程で同時に行うことができる。ゲッタリングに必要なリン（Ｐ）の濃度は高濃度ｎ型不純物領域の不純物濃度と同程度でよく、活性化工程の熱アニールにより、ｎチャネル型ＴＦＴおよびｐチャネル型ＴＦＴのチャネル形成領域から触媒元素をリン（Ｐ）を含有する不純物領域へ偏析させることができる。その結果、前記不純物領域には１×１０17〜１×１０19/cm3程度の触媒元素が偏析した。このようにして作製したＴＦＴはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【０１０７】
〔実施例５〕
本実施例では、大量生産用のレーザ照射装置の例を図９に沿って示す。図９はレーザ照射装置の上面図である。前記レーザ照射装置の例は、基板サイズ６００×７２０ｍｍ以上のものにも適用できる。
【０１０８】
ロードアンロード室１９０１から、トランスファ室１９０２に設置された搬送用のロボットアーム１９０３を使って非単結晶珪素膜が成膜された基板を運ぶ。前記非単結晶珪素膜は上述の例に示した方法に従って作製すればよい。まず、基板は、アライメント室１９０４で位置合わせがなされた後、プレヒート室１９０５に運ばれる。ここで例えば赤外ランプヒータを使って基板の温度を所望の温度、例えば３００℃程度にあらかじめ加熱しておいてもよい。基板の加熱は、レーザビームのエネルギー密度が非単結晶半導体膜をレーザアニールするのに十分でない場合にレーザビームのエネルギーを補うことを目的として行われる。その後、ゲートバルブ１９０６を経由し、レーザ照射室１９０７に基板を設置する。その後、ゲートバルブ１９０６を閉める。
【０１０９】
レーザビームは、発明実施の形態で示したレーザ発振器１９００を出た後、本発明が開示する光学系１９０９を介し、石英窓１９１０の直上に設置した図示しない反射鏡１１０７（反射鏡１６０１でもよい。）で９０度下方に曲げられ、石英窓１９１０を介し、レーザ照射室１９０７内にある被照射面にて線状のレーザビームに加工される。レーザビームは、照射面に設置された基板に照射される。光学系１９０９は、前述に示したものを使用すればよい。また、それに準ずる構成のものを使用してもよい。石英窓はエキシマグレードのものを用いると高い透過率が得られ、またレーザビームに対する耐久性が高いのでよい。
【０１１０】
レーザビームの照射の前にレーザ照射室１９０７の雰囲気を、真空ポンプ１９１１を使って高真空（１０-3Pa）程度に引いてもよい。または、真空ポンプ１９１１とガスボンベ１９１２を使って所望の雰囲気にしてもよい。前記雰囲気は、前述したように、He、Ar、H2、あるいはそれらの混合気体でもよい。あるいは、特にレーザ照射室１９０７の雰囲気制御をしなくても構わない。
【０１１１】
その後、レーザビームを照射しながら、移動機構１９１３により基板を走査させることで、基板に線状のレーザビームを照射する。このとき、図示しない赤外線ランプを線状のレーザビームが照射されている部分に当ててもいい。これにより、レーザビームのエネルギーの不足分を補うことができる。
【０１１２】
レーザビームの照射が終了後は、クーリング室１９０８に基板を運び、基板を徐冷したのち、アライメント室１９０４を経由してロードアンロード室１９０１に基板を帰す。これら一連の動作を繰り返すことで、基板を多数、レーザアニールできる。
【０１１３】
実施例５は発明実施の形態や他の実施例と組み合わせて用いることができる。
【０１１４】
[実施例６]
本発明の実施例を図１０〜図１２に沿って説明する。ここでは、画素部の画素ＴＦＴおよび保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同時に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。
【０１１５】
図１０（Ａ）において、基板１０１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板や石英基板などを用いる。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも１０〜２０℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。そして、基板１０１のＴＦＴを形成する表面に、基板１０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜１０２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜１０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂを５０〜２００nm（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。ここでは下地膜１０２を２層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させて形成しても良い。
【０１１６】
酸化窒化珪素膜は平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化珪素膜１０２ａは、ＳｉＨ4を１０SCCM、ＮＨ3を１００SCCM、Ｎ2Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとした。一方、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂは、ＳｉＨ4を５SCCM、Ｎ2Ｏを１２０SCCM、Ｈ2を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとした。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することができる。
【０１１７】
このようにして作製した酸化窒化珪素膜１０２ａは、密度が９．２８×１０22/cm3であり、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）の２０℃におけるエッチング速度が約６３nm/minと遅く、緻密で硬い膜である。このような膜を下地膜に用いると、この上に形成する半導体層にガラス基板からのアルカリ金属元素が拡散するのを防ぐのに有効である。
【０１１８】
次に、２５〜１００nm（好ましくは３０〜７０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体層１０３ａを、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの方法で形成する。非晶質構造を有する半導体膜には、非晶質半導体層や微結晶半導体膜があり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜を形成する場合には、下地膜１０２と非晶質半導体層１０３ａとは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化珪素膜１０２ａと酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2からＳｉＨ4とＨ2或いはＳｉＨ4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化珪素膜１０２ｂの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【０１１９】
そして、結晶化の工程を行い非晶質半導体層１０３ａから結晶質半導体層１０３ｂを作製する。その方法として本発明が開示する結晶化の方法を適用することができる。前述のようなガラス基板や耐熱性の劣るプラスチック基板を用いる場合には、特に本発明が開示するレーザーアニール法を適用することが好ましい。レーザアニールの工程ではまず、レーザの照射対象となる非晶質半導体層が含有する水素を放出させておくことが好ましく、４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い含有する水素量を前記非晶質半導体層に含まれる全原子数の５％以下にしてからレーザアニールを行えば、膜表面の荒れを防ぐことができるので良い。
【０１２０】
また、プラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜の形成工程において、反応ガスにＳｉＨ4とアルゴン（Ａｒ）を用い、成膜時の基板温度を４００〜４５０℃として形成すると、非晶質珪素膜の含有水素濃度を前記非晶質珪素膜に含まれる全原子数の５%以下にすることもできる。このような場合においては水素を放出させるための熱処理は不要となる。
【０１２１】
本発明が開示するレーザ照射装置を用いて、図１０（Ｂ）に示すように結晶質半導体層１０３ｂを得ることができる。
【０１２２】
そして、結晶質半導体層１０３ｂ上に第１のフォトマスク（ＰＭ１）を用い、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストパターンを形成し、ドライエッチングによって結晶質半導体層を島状に分割し、図１０（Ｃ）に示すように島状半導体層１０４〜１０８を形成する。結晶質珪素膜のドライエッチングにはＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いる。
【０１２３】
このような島状半導体層に対し、ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素を１×１０16〜５×１０17/cm3程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法（或いはイオンシャワードーピング法）を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ2Ｈ6）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特にｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために好適に用いる手法である。
【０１２４】
ゲート絶縁膜１０９aはプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、１２０nmの厚さで酸化窒化珪素膜から形成する。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製された酸化窒化珪素膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでこの用途に対して好ましい材料となる。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＨ2とから作製する酸化窒化珪素膜はゲート絶縁膜との界面欠陥密度を低減できるので好ましい。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。例えば、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、ＴＥＯＳ（Tetraethyl  Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製された酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【０１２５】
そして、図１０（Ｄ）に示すように、第１の形状のゲート絶縁膜１０９a上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層１１１を２００〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）の厚さで形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いし、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積層構造としても良い。本明細書でいう耐熱性導電層にはＴａ、Ｔｉ、Ｗから選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜が含まれる。これらの耐熱性導電層はスパッタ法やＣＶＤ法で形成されるものであり、低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良い。本実施例ではＷ膜を３００nmの厚さで形成する。Ｗ膜はＷをターゲットとしてスパッタ法で形成しても良いし、６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【０１２６】
一方、耐熱性導電層１１１にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、スパッタ時のガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きであった。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、Ｔａ膜の下地にＴａＮ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。また、図示しないが、耐熱性導電層１１１の下に２〜２０nm程度の厚さでリン（Ｐ）をドープした珪素膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、耐熱性導電層１１１が微量に含有するアルカリ金属元素が第１の形状のゲート絶縁膜１０９aに拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、耐熱性導電層１１１は抵抗率を１０〜５０μΩcmの範囲ですることが好ましい。
【０１２７】
次に、第２のフォトマスク（ＰＭ２）を用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストによるマスク１１２〜１１７を形成する。そして、第１のエッチング処理を行う。本実施例ではＩＣＰエッチング装置を用い、エッチング用ガスにＣｌ2とＣＦ4を用い、１Paの圧力で３．２W/cm2のＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを形成して行う。基板側（試料ステージ）にも２２４mW/cm2のＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、これにより実質的に負の自己バイアス電圧が印加される。この条件でＷ膜のエッチング速度は約１００nm/minである。第１のエッチング処理はこのエッチング速度を基にＷ膜が丁度エッチングされる時間を推定し、それよりもエッチング時間を２０％増加させた時間をエッチング時間とした。
【０１２８】
第１のエッチング処理により第１のテーパー形状を有する導電層１１８〜１２３が形成される。テーパー部の角度は１５〜３０°が形成される。残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させるオーバーエッチングを施すものとする。Ｗ膜に対する酸化窒化珪素膜（第１の形状のゲート絶縁膜１０９a）の選択比は２〜４（代表的には３）であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化珪素膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされ第１のテーパー形状を有する導電層の端部近傍にテーパー形状が形成された第２の形状のゲート絶縁膜１０９bが形成される。
【０１２９】
そして、第１のドーピング処理を行い一導電型の不純物元素を島状半導体層に添加する。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程を行う。第１の形状の導電層を形成したマスク１１２〜１１７をそのまま残し、第１のテーパー形状を有する導電層１１８〜１２３をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加する。ｎ型を付与する不純物元素をゲート電極の端部におけるテーパー部とゲート絶縁膜とを通して、その下に位置する半導体層に達するように添加するためにドーズ量を１×１０13〜５×１０14/cm2とし、加速電圧を８０〜１６０ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いた。このようなイオンドープ法により第１の不純物領域１２４、１２６、１２８、１３０、１３２には１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加され、テーパー部の下方に形成される第２の不純物領域（Ａ）には同領域内で必ずしも均一ではないが１×１０17〜１×１０20/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
【０１３０】
この工程において、第２の不純物領域（Ａ）１２５、１２７、１２９、１３１、１３３において、少なくとも第１の形状の導電層１１８〜１２３と重なった部分に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度変化は、テーパー部の膜厚変化を反映する。即ち、第２の不純物領域（Ａ）１２５、１２７、１２９、１３１、１３３へ添加されるリン（Ｐ）の濃度は、第１の形状の導電層に重なる領域において、該導電層の端部から内側に向かって徐々に濃度が低くなる。これはテーパー部の膜厚の差によって、半導体層に達するリン（Ｐ）の濃度が変化するためである。
【０１３１】
次に、図１１（Ｂ）に示すように第２のエッチング処理を行う。エッチング処理も同様にＩＣＰエッチング装置により行い、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2の混合ガスを用い、ＲＦ電力３．２W/cm2(13.56MHz)、バイアス電力４５mW/cm2(13.56MHz)、圧力１．０Ｐａでエッチングを行う。この条件で形成される第２の形状を有する導電層１４０〜１４５が形成される。その端部にはテーパー部が形成され、該端部から内側にむかって徐々に厚さが増加するテーパー形状となる。第１のエッチング処理と比較して基板側に印加するバイアス電力を低くした分等方性エッチングの割合が多くなり、テーパー部の角度は３０〜６０°となる。また、第２の形状のゲート絶縁膜１０９bの表面が４０nm程度エッチングされ、新たに第３の形状のゲート絶縁膜１０９cが形成される。
【０１３２】
そして、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げ高加速電圧の条件でｎ型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を７０〜１２０ｋＶとし、１×１０13/cm2のドーズ量で行い、第２の形状を有する導電層１４０〜１４５と重なる領域の不純物濃度を１×１０16〜１×１０18/cm3となるようにする。このようにして、第２の不純物領域（Ｂ）１４６〜１５０を形成する。
【０１３３】
そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層１０４、１０６に一導電型とは逆の導電型の不純物領域１５６、１５７を形成する。この場合も第２の形状の導電層１４０、１４２をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層１０５、１０７、１０８は、第３のフォトマスク（ＰＭ３）を用いてレジストのマスク１５１〜１５３を形成し全面を被覆しておく。ここで形成される不純物領域１５６、１５７はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。不純物領域１５６、１５７のｐ型を付与する不純物元素の濃度は、２×１０20〜２×１０21/cm3となるようにする。
【０１３４】
この不純物領域１５６、１５７はｎ型を付与する不純物元素を含有する３つの領域に分けて見ることができる。第３の不純物領域１５６ａ、１５７ａは１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域（Ａ）１５６ｂ、１５７ｂは１×１０17〜１×１０20／cm3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含み、第４の不純物領域（Ｂ）１５６ｃ、１５７ｃは１×１０16〜５×１０18/cm3の濃度でｎ型を付与する不純物元素を含んでいる。しかし、これらの不純物領域１５６ｂ、１５６ｃ、１５７ｂ、１５７ｃのｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19／cm3以上となるようにし、第３の不純物領域１５６ａ、１５７ａにおいては、ｐ型を付与する不純物元素の濃度を１．５から３倍となるようにすることにより、第３の不純物領域はｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能する。また、第４の不純物領域（Ｂ）１５６ｃ、１５７ｃは一部が第２のテーパー形状を有する導電層１４０または１４２と一部が重なって形成される。
【０１３５】
その後、図１２（Ａ）に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から第１の層間絶縁膜１５８を形成する。第１の層間絶縁膜は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても第１の層間絶縁膜１５８は無機絶縁物材料から形成する。第１の層間絶縁膜１５８の膜厚は１００〜２００nmとする。ここで、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。また、酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化珪素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。
【０１３６】
そして、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。レーザアニール法として、本明細書が開示する方法を用いてもよい。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。また、基板１０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザーアニール法を適用することが好ましい。
【０１３７】
活性化の工程に続いて、雰囲気ガスを変化させ、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体層にある１０16〜１０18/cm3のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。いずれにしても、島状半導体層１０４〜１０８中の欠陥密度を１０16/cm3以下とすることが望ましく、そのために島状半導体層が含む全原子数の０．０１〜０．１％程度の水素を付与すれば良い。
【０１３８】
その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜１５９を１．０〜１．５μｍの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形成した。
【０１３９】
このように、第２の層間絶縁膜を有機絶縁物材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減するできる。しかし、吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施例のように、第１の層間絶縁膜１５８として形成した酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜などと組み合わせて用いると良い。
【０１４０】
その後、第４のフォトマスク（ＰＭ４）を用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体層に形成されソース領域またはドレイン領域とする不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールはドライエッチング法で形成する。この場合、エッチングガスにＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅの混合ガスを用い有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜１５９をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ4、Ｏ2として第１の層間絶縁膜１５８をエッチングする。さらに、島状半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ3に切り替えて第３の形状のゲート絶縁膜１０９cをエッチングすることによりコンタクトホールを形成することができる。
【０１４１】
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、第５のフォトマスク（ＰＭ５）によりレジストマスクパターンを形成し、エッチングによってソース線１６０〜１６４とドレイン線１６５〜１６８を形成する。画素電極１６９はドレイン線と一緒に形成される。画素電極１７１は隣の画素に帰属する画素電極を表している。図示していないが、本実施例ではこの配線を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する不純物領域とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成（図１２（Ｂ）において１６０ａ〜１６９ａで示す）し、さらにその上に透明導電膜を８０〜１２０nmの厚さで形成（図１２（Ｂ）において１６０ｂ〜１６９ｂで示す）した。透明導電膜には酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを好適に用いることができる。
【０１４２】
こうして５枚のフォトマスクにより、同一の基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができる。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３、画素部には画素ＴＦＴ２０４、保持容量２０５が形成されている。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１４３】
駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２０としての機能を有し、島状半導体層１０４にチャネル形成領域２０６、ソース領域またはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２０７ａ、ゲート電極２２０と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ａ）２０７ｂ、一部がゲート電極２２０と重なるＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２０７ｃを有する構造となっている。
【０１４４】
第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２１としての機能を有し、島状半導体層１０５にチャネル形成領域２０８、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２０９ａ、ゲート電極２２１と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２０９ｂ、一部がゲート電極２２１と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃを有する構造となっている。チャネル長２〜７μｍに対して、第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃがゲート電極２２１と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。前記長さはゲート電極２２１の厚さとテーパー部の角度から制御する。ｎチャネル型ＴＦＴにおいてこのようなＬＤＤ領域を形成することにより、ドレイン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができる。
【０１４５】
駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２は同様に、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２２としての機能を有し、島状半導体層１０６にチャネル形成領域２１０、ソース領域またはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２１１ａ、ゲート電極２２２と重ならないＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ａ）２１１ｂ、一部がゲート電極２２２と重なるＬＤＤ領域を形成する第４の不純物領域（Ｂ）２１１ｃを有する構造となっている。
【０１４６】
駆動回路の第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２３としての機能を有し、島状半導体層１０７にチャネル形成領域２１２、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２１３ａ、ゲート電極２２３と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２１３ｂ、一部がゲート電極２２３と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃを有する構造となっている。第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０１と同様に第２の不純物領域（Ｂ）２１３ｃがゲート電極２２３と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１４７】
駆動回路はシフトレジスタ回路、バッファ回路などのロジック回路やアナログスイッチで形成されるサンプリング回路などで形成される。図１２（Ｂ）ではこれらを形成するＴＦＴを一対のソース・ドレイン間に一つのゲート電極を設けたシングルゲートの構造で示したが、複数のゲート電極を一対のソース・ドレイン間に設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１４８】
画素ＴＦＴ２０４には、第２のテーパー形状を有する導電層がゲート電極２２４としての機能を有し、島状半導体層１０８にチャネル形成領域２１４ａ、２１４ｂ、ソース領域またはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２１５ａ、２１７、ゲート電極２２４と重ならないＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ａ）２１５ｂ、一部がゲート電極２２４と重なるＬＤＤ領域を形成する第２の不純物領域（Ｂ）２１５ｃを有する構造となっている。第２の不純物領域（Ｂ）２１５ｂがゲート電極２２４と重なる部分の長さは０．１〜０．３μｍとする。また、第１の不純物領域２１７から延在し、第２の不純物領域（Ａ）２１９ｂ、第２の不純物領域（Ｂ）２１９ａ、導電型を決定する不純物元素が添加されていない領域２１８を有する半導体層と、第３の形状を有するゲート絶縁膜と同層で形成される絶縁層と、第２のテーパー形状を有する導電層から形成される容量配線２２５から保持容量が形成されている。
【０１４９】
図１８は画素部のほぼ一画素分を示す上面図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図１２（Ｂ）に示す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴ２０４は、ゲート電極２２４は図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層１０８と交差し、さらに複数の島状半導体層に跨って延在してゲート配線を兼ねている。図示はしていないが、島状半導体層には、図１２（Ｂ）で説明したソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、２３０はソース配線１６４とソース領域２１５ａとのコンタクト部、２３１は画素電極１６９とドレイン領域２１７とのコンタクト部である。保持容量２０５は、画素ＴＦＴ２０４のドレイン領域２１７から延在する半導体層とゲート絶縁膜を介して容量配線２２５が重なる領域で形成されている。この構成において半導体層２１８には、価電子制御を目的とした不純物元素は添加されていない。
【０１５０】
以上の様な構成は、画素ＴＦＴおよび駆動回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するＴＦＴの構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能としている。さらに、耐熱性を有する導電性材料でゲート電極を形成することによりＬＤＤ領域やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易としている。さらに、ゲート電極にゲート絶縁膜を介して重なるＬＤＤ領域を形成する際に、導電型を制御する目的で添加した不純物元素に濃度勾配を持たせてＬＤＤ領域を形成することで、特にドレイン領域近傍における電界緩和効果が高まることが期待できる。
【０１５１】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置の場合、第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１は高速動作を重視するシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路などを形成するのに用いる。図１２（Ｂ）ではこれらの回路をロジック回路部として表している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１の第２の不純物領域（Ｂ）２０９ｃはホットキャリア対策を重視した構造となっている。さらに、耐圧を高め、動作を安定化させるために、図１６（Ａ）で示すようにこのロジック回路部のＴＦＴを第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形成しても良い。このＴＦＴは、一対のソース・ドレイン間に２つのゲート電極を設けたダブルゲート構造であり、このよなＴＦＴは本実施例の工程を用いて同様に作製できる。第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０には、島状半導体層にチャネル形成領域２３６ａ、２３６ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２３８ａ、２３９ａ、２４０ａ、ＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ａ）２３８ｂ、２３９ｂ、２４０ｂ及びゲート電極２３７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ｂ）２３８ｃ、２３９ｃ、２４０ｃを有した構造となっている。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１には、島状半導体層にチャネル形成領域２４１ａ、２４１ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２４３ａ、２４４ａ、２４５ａとＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ａ）２４３ｂ、２４４ｂ、２４５ｂ及びゲート電極２４２と一部が重なりＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２４３ｃ、２４４ｃ、２４５ｃを有している。チャネル長は３〜７μｍとして、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１５２】
また、アナログスイッチで構成するサンプリング回路には、同様な構成とした第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３を適用することができる。サンプリング回路はホットキャリア対策と低オフ電流動作が重視されるので、図１６（Ｂ）で示すようにこの回路のＴＦＴを第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形成しても良い。この第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２は、一対のソース・ドレイン間に３つのゲート電極を設けたトリプルゲート構造であり、このよなＴＦＴは本実施例の工程を用いて同様に作製できる。第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２には、島状半導体層にチャネル形成領域２４６ａ、２４６ｂ、２４６ｃソースまたはドレイン領域として機能する第３の不純物領域２４９ａ、２５０ａ、２５１ａ、２５２ａ、ＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ａ）２４９ｂ、２５０ｂ、２５１ｂ、２５２ｂ及びゲート電極２４７と一部が重なりＬＤＤ領域となる第４の不純物領域（Ｂ）２４９ｃ、２５０ｃ、２５１ｃ、２５２ｃを有した構造となっている。第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３には、島状半導体層にチャネル形成領域２５３ａ、２５３ｂ、ソースまたはドレイン領域として機能する第１の不純物領域２５５ａ、２５６ａ、２５７ａとＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ａ）２５５ｂ、２５６ｂ、２５７ｂ及びゲート電極２５４と一部が重なりＬＤＤ領域となる第２の不純物領域（Ｂ）２５５ｃ、２５６ｃ、２５７ｃを有している。チャネル長は３〜７μｍとして、ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．１〜０．３μｍとする。
【０１５３】
ＴＦＴのゲート電極の構成をシングルゲート構造とするか、複数のゲート電極を一対のソース・ドレイン間に設けたマルチゲート構造とするかは、回路の特性に応じて実施者が適宣選択すれば良い。そして、本実施例で完成したアクティブマトリクス基板を用いることで反射型の液晶表示装置を作製することができる。
【０１５４】
[実施例７]
実施例６ではゲート電極の材料にＷやＴａなどの耐熱性導電材料を用いる例を示した。このような材料を用いる理由は、ゲート電極形成後に導電型の制御を目的として半導体層に添加した不純物元素を４００〜７００℃の熱アニールによって活性化させる必要があり、その工程を実施する上でゲート電極に耐熱性を持たせる必要があるからである。しかしながら、このような耐熱性導電材料は面積抵抗で１０Ω程度あり、画面サイズが４インチクラスかそれ以上の表示装置には必ずしも適していない。ゲート電極に接続するゲート線を同じ材料で形成すると、基板上における引回し長さが必然的に大きくなり、配線抵抗の影響による配線遅延の問題を無視することができなくなる。
【０１５５】
例えば、画素密度がＶＧＡの場合、４８０本のゲート配線と６４０本のソース線が形成され、ＸＧＡの場合には７６８本のゲート配線と１０２４本のソース配線が形成される。表示領域の画面サイズは、１３インチクラスの場合対角線の長さは３４０ｍｍとなり、１８インチクラスの場合には４６０ｍｍとなる。本実施例ではこのような液晶表示装置を実現する手段として、ゲート配線をＡｌや銅（Ｃｕ）などの低抵抗導電性材料で形成する方法について図１３を用いて説明する。
【０１５６】
まず、実施例６と同様にして図１０（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示す工程を行う。そして導電型の制御を目的として、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５００℃で４時間の熱処理を行う。
【０１５７】
この熱処理において、第２のテーパー形状を有する導電層１４０〜１４５は表面から５〜８０nmの厚さで導電層（Ｃ）１７２ａ〜１７２ｆが形成される。例えば、第２のテーパー形状を有する導電層がＷの場合には、窒化タングステンが形成され、Ｔａの場合には窒化タンタルが形成される。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い（図１３（Ａ））。
【０１５８】
活性化および水素化処理の後、ゲート線を低抵抗導電材料で形成する。低抵抗導電材料はＡｌやＣｕを主成分とするものであり、このような材料から形成される低抵抗導電層からゲート線を形成する。例えば、Ｔｉを０．１〜２重量％含むＡｌ膜を低抵抗導電層として全面に形成する（図示せず）。低抵抗導電層は２００〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）の厚さで形成する。そして、所定のレジストパターンを形成し、エッチング処理して、ゲート線１７３、１７４を形成する。このとき同じ材料で画素部に設ける保持容量と接続する容量線１７５も形成する。低抵抗導電層がＡｌを主成分とする材料である場合には、エッチング処理はリン酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで下地との選択加工性を保ってゲート線を形成することができる。第１の層間絶縁膜１７６は実施例６と同様にして形成する（図１３（Ｂ））。
【０１５９】
その後、実施例６と同様にして有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜１５９、ソース線１６０〜１６４、ドレイン線１６５〜１６８、画素電極１６９、１７１を形成してアクティブマトリクス基板を完成させることができる。図１４（Ａ）、（Ｂ）はこの状態の上面図を示し、図１４（Ａ）のＢ−Ｂ'断面および図１４（Ｂ）のＣ−Ｃ'断面は図１３（Ｃ）のＢ−Ｂ'およびＣ−Ｃ'に対応している。図１４（Ａ）、（Ｂ）ではゲート絶縁膜、第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜を省略して示しているが、島状半導体層１０４、１０５、１０８の図示されていないソースおよびドレイン領域にソース線１６０、１６１、１６４とドレイン線１６５、１６６、及び画素電極１６９がコンタクトホールを介して接続している。また、図１４（Ａ）のＤ−Ｄ'断面および図１４（Ｂ）のＥ−Ｅ'断面を図１５（Ａ）と（Ｂ）にそれぞれ示す。ゲート線１７３はゲート電極２２０と、またゲート線１７４はゲート電極２２５と島状半導体層１０４、１０８の外側で重なるように形成され、ゲート電極と低抵抗導電層とががコンタクトホールを介さずに接触して電気的に導通している。このようにゲート線を低抵抗導電材料で形成することにより、配線抵抗を十分低減できる。従って、画素部（画面サイズ）が４インチクラス以上の表示装置に適用することができる。
【０１６０】
[実施例８]
実施例６で作製したアクティブマトリクス基板はそのまま反射型の表示装置に適用することができる。一方、透過型の液晶表示装置とする場合には画素部の各画素に設ける画素電極を透明電極で形成すれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置に対応するアクティブマトリクス基板の作製方法について図１７を用いて説明する。
【０１６１】
アクティブマトリクス基板は実施例６と同様に作製する。図１７（Ａ）では、ソース配線とドレイン配線は導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。ドレイン線２５６を例としてこの構成を図１７（Ｂ）で詳細に説明すると、Ｔｉ膜２５６ａを５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成する。そのＴｉ膜２５６ａ上に重ねてＡｌ膜２５６ｂを３００〜４００nmの厚さで形成し、さらにＴｉ膜２５６ｃまたは窒化チタン（ＴｉＮ）膜を１００〜２００nmの厚さで形成して３層構造とする。その後、透明導電膜を全面に形成し、フォトマスクを用いたパターニング処理およびエッチング処理により画素電極２５７を形成する。画素電極２５７は、有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜上に形成され、コンタクトホールを介さずに画素ＴＦＴ２０４のドレイン線２５６と重なる部分を設け電気的な接続を形成している。
【０１６２】
図１７（Ｃ）では最初に第２の層間絶縁膜上に透明導電膜を形成し、パターニング処理およびエッチング処理をして画素電極２５８を形成した後、ドレイン線２５９を画素電極２５８とコンタクトホールを介さずに接続部を形成した例である。ドレイン線２５９は、図１７（Ｄ）で示すようにＴｉ膜２５９ａを５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜２５９ａ上に重ねてＡｌ膜２５９ｂを３００〜４００nmの厚さで形成して設ける。この構成にすると、画素電極２５８はドレイン配線２５９を形成するＴｉ膜２５９ａのみと接触することになる。その結果、透明導電膜材料とＡｌとが直接接し反応するのを確実に防止できる。
【０１６３】
透明導電膜の材料は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＳｎＯ2；ＩＴＯ）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用いることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）を用いても良い。酸化インジウム酸化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ＩＴＯに対して熱安定性にも優れているので、図２４（Ａ）、（Ｂ）の構成においてドレイン配線２５６の端面で、Ａｌ膜２５６ｂが画素電極２５７と接触して腐蝕反応をすることを防止できる。同様に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを用いることができる。
【０１６４】
実施例６では反射型の液晶表示装置を作製できるアクティブマトリクス基板を５枚のフォトマスクにより作製したが、さらに１枚のフォトマスクの追加（合計６枚）で、透過型の液晶表示装置に対応したアクティブマトリクス基板を完成させることができる。本実施例では、実施例６と同様な工程として説明したが、このような構成は実施例７で示すアクティブマトリクス基板に適用することができる。
【０１６５】
[実施例９]
本実施例では実施例６で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。まず、図１９（Ａ）に示すように、図１２（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス基板に柱状スペーサから成るスペーサを形成する。スペーサは数μｍの粒子を散布して設ける方法でも良いが、ここでは基板全面に樹脂膜を形成した後これをパターニングして形成する方法を採用した。このようなスペーサの材料に限定はないが、例えば、ＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、スペーサの形状は柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保することができる。形状は円錐状、角錐状など特別の限定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高さを１．２〜５μｍとし、平均半径を５〜７μｍ、平均半径と底部の半径との比を１対１．５とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とする。
【０１６６】
スペーサの配置は任意に決定すれば良いが、好ましくは、図１９（Ａ）で示すように、画素部においては画素電極１６９のコンタクト部２３１と重ねてその部分を覆うように柱状スペーサ４０６を形成すると良い。コンタクト部２３１は平坦性が損なわれこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、このようにしてコンタクト部２３１にスペーサ用の樹脂を充填する形で柱状スペーサ４０６を形成することでディスクリネーションなどを防止することができる。また、駆動回路のＴＦＴ上にもスペーサ４０５ａ〜４０５ｅを形成しておく。このスペーサは駆動回路部の全面に渡って形成しても良いし、図１９で示すようにソース線およびドレイン線を覆うようにして設けても良い。
【０１６７】
その後、配向膜４０７を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂を用る。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにした。画素部に設けた柱状スペーサ４０６の端部からラビング方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるようにした。また、ラビング処理では静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上に形成したスペーサ４０５ａ〜４０５ｅにより静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができる。また図では説明しないが、配向膜４０７を先に形成してから、スペーサ４０６、４０５ａ〜４０５ｅを形成した構成としても良い。
【０１６８】
対向側の対向基板４０１には、遮光膜４０２、透明導電膜４０３および配向膜４０４を形成する。遮光膜４０２はＴｉ膜、Ｃｒ膜、Ａｌ膜などを１５０〜３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤４０８で貼り合わせる。シール剤４０８にはフィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーとスペーサ４０６、４０５ａ〜４０５ｅによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料４０９を注入する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることもできる。この無しきい値反強誘電性混合液晶には、Ｖ字型の電気光学応答特性を示すものもある。このようにして図１９（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【０１６９】
図２０はこのようなアクティブマトリクス基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。実施例６で述べたガラス基板１０１上に画素部６０４の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路６０５と画像信号駆動回路６０６が設けられている。さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路６０７も付加されていても良い。そして、これらの駆動回路は接続配線６０３によって外部入出力端子６０２と接続されている。画素部６０４では走査信号駆動回路６０５から延在するゲート配線群６０８と画像信号駆動回路６０６から延在するソース配線群６０９がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられている。
【０１７０】
図１９において画素部において設けた柱状スペーサ４０６は、すべての画素に対して設けても良いが、図２０で示すようにマトリクス状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜１００％とすることが可能である。また、駆動回路部に設けるスペーサ４０５ａ〜４０５ｅはその全面を覆うように設けても良いし各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて設けても良い。図２０では駆動回路部に設けるスペーサの配置を６１０〜６１２で示す。そして、図２０示すシール剤６１９は、基板１０１上の画素部６０４および走査信号駆動回路６０５、画像信号駆動回路６０６、その他の信号処理回路６０７の外側であって、外部入出力端子６０２よりも内側に形成する。
【０１７１】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を図２１の斜視図を用いて説明する。図２１においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板１０１上に形成された、画素部６０４と、走査信号駆動回路６０５と、画像信号駆動回路６０６とその他の信号処理回路６０７とで構成される。画素部６０４には画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられ、画素部の周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路６０５と画像信号駆動回路６０６からは、それぞれゲート線（ゲート電極と連続して形成されている場合は図１２（Ｂ）の２２４に相当する）とソース線１６４が画素部６０４に延在し、画素ＴＦＴ２０４に接続している。また、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）６１３が外部入力端子６０２に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。ＦＰＣ６１３は補強樹脂６１４によって強固に接着されている。そして接続配線６０３でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板４０１には図示していない、遮光膜や透明電極が設けられている。
【０１７２】
このような構成の液晶表示装置は、実施例６〜８で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成することができる。実施例６で示すアクティブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施例８で示すアクティブマトリクス基板を用いると透過型の液晶表示装置を得ることができる。
【０１７３】
[実施例１０]
図２２は実施例６〜８で示したアクティブマトリクス基板の回路構成の一例であり、直視型の表示装置の回路構成を示す図である。このアクティブマトリクス基板は、画像信号駆動回路６０６、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）６０５、画素部６０４を有している。尚、本明細書中において記した駆動回路とは、画像信号駆動回路６０６、走査信号駆動回路６０５を含めた総称である。
【０１７４】
画像信号駆動回路６０６は、シフトレジスタ回路５０１ａ、レベルシフタ回路５０２ａ、バッファ回路５０３ａ、サンプリング回路５０４を備えている。また、走査信号駆動回路（Ａ）（Ｂ）６０５は、シフトレジスタ回路５０１ｂ、レベルシフタ回路５０２ｂ、バッファ回路５０３ｂを備えている。
【０１７５】
シフトレジスタ回路５０１ａ、５０１ｂは駆動電圧が５〜１６Ｖ（代表的には１０Ｖ）であり、この回路を形成するＣＭＯＳ回路はのＴＦＴは、図１２（Ｂ）の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１で形成する。或いは、図１６（Ａ）で示す第１のｐチャネル型ＴＦＴ２８０と第１のｎチャネル型ＴＦＴ２８１で形成しても良い。また、レベルシフタ回路５０２ａ、５０２ｂやバッファ回路５０３ａ、５０３ｂは駆動電圧が１４〜１６Ｖと高くなるので図１６（Ａ）で示すようなマルチゲートのＴＦＴ構造とすることが望ましい。マルチゲート構造でＴＦＴを形成すると耐圧が高まり、回路の信頼性を向上させる上で有効である。
【０１７６】
サンプリング回路５０４はアナログスイッチから成り、駆動電圧が１４〜１６Ｖであるが、極性が交互に反転して駆動される上、オフ電流値を低減させる必要があるため、図１２（Ｂ）で示す第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３で形成することが望ましい。或いは、オフ電流値を効果的に低減させるために図１６（Ｂ）で示す第２のｐチャネル型ＴＦＴ２８２と第２のｎチャネル型ＴＦＴ２８３で形成しても良い。
【０１７７】
また、画素部は駆動電圧が１４〜１６Ｖであり、低消費電力化の観点からサンプリング回路よりもさらにオフ電流値を低減することが要求され、図１２（Ｂ）で示す画素ＴＦＴ２０４のようにマルチゲート構造を基本とする。
【０１７８】
尚、本実施例の構成は、実施例６〜８に示した工程に従ってＴＦＴを作製することによって容易に実現することができる。本実施例では、画素部と駆動回路の構成のみを示しているが、実施例６〜８の工程に従えば、その他にも信号分割回路、分周波回路、Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、オペアンプ回路、さらにメモリ回路や演算処理回路などの信号処理回路、あるいは論理回路を同一基板上に形成することが可能である。このように、本発明は同一基板上に画素部とその駆動回路とを含む半導体装置、例えば信号制御回路および画素部を具備した液晶表示装置を実現することができる。
【０１７９】
[実施例１１]
本実施例では、上述の実施例で作製の例を示したアクティブマトリクス基板を用いてエレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）材料を用いた自発光型の表示パネル（以下、ＥＬ表示装置と記す）を作製する例について説明する。図２３（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示パネルの上面図である。図２４（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線１４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続される。
【０１８０】
図２３（Ｂ）は図２３（Ａ）のＡ−Ａ'断面を表す図であり、このとき少なくとも画素部上、好ましくは駆動回路及び画素部上に対向板８０を設ける。対向板８０はシール材１９でＴＦＴとＥＬ層が形成されているアクティブマトリクス基板と貼り合わされている。シール剤１９にはフィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーによりほぼ均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられている。さらに、シール材１９の外側とＦＰＣ１７の上面及び周辺は封止剤８１で密封する構造とする。封止剤８１は珪素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ブチルゴムなどの材料を用いる。
【０１８１】
このように、シール剤１９によりアクティブマトリクス基板１０と対向基板８０とが貼り合わされると、その間には空間が形成される。その空間には充填剤８３が充填される。この充填剤８３は対向板８０を接着する効果も合わせ持つ。充填剤８３はＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、エポキシ樹脂、珪素樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、ＥＬ層は水分をはじめ湿気に弱く劣化しやすいので、この充填剤８３の内部に酸化バリウムなどの乾燥剤を混入させておくと吸湿効果を保持できるので望ましい。また、ＥＬ層上に窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜などで形成するパッシベーション膜８２を形成し、充填剤８３に含まれるアルカリ元素などによる腐蝕を防ぐ構造としていある。
【０１８２】
対向板８０にはガラス板、アルミニウム板、ステンレス板、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、マイラーフィルム（デュポン社の商品名）、ポリエステルフィルム、アクリルフィルムまたはアクリル板などを用いることができる。また、数十μｍのアルミニウム箔をＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用い、耐湿性を高めることもできる。このようにして、ＥＬ素子は密閉された状態となり外気から遮断されている。
【０１８３】
また、図２３（Ｂ）において基板１０、下地膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示している。）が形成されている。これらのＴＦＴの内特にｎチャネル型ＴＦＴにははホットキャリア効果によるオン電流の低下や、Ｖthシフトやバイアスストレスによる特性低下を防ぐため、本実施形態で示す構成のＬＤＤ領域が設けられている。
【０１８４】
例えば、駆動回路用ＴＦＴ２２とし、図１２（ｂ）に示すｐチャネル型ＴＦＴ２００、２０２とｎチャネル型ＴＦＴ２０１、２０３を用いれば良い。また、画素部用ＴＦＴ２３には図１２（Ｂ）に示す画素ＴＦＴ２０４またはそれと同様な構造を有するｐチャネル型ＴＦＴを用いれば良い。
【０１８５】
図１２（Ｂ）または図１３（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス基板からＥＬ表示装置を作製するには、ソース線、ドレイン線上に樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６を形成し、その上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成し、画素電極２７上に開口部を形成する。
【０１８６】
次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。
【０１８７】
また、ＥＬ層として一重項励起により発光（蛍光）する発光材料（シングレット化合物）からなる薄膜、または三重項励起により発光（リン光）する発光材料（トリプレット化合物）からなる薄膜を用いることができる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。どのような構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料には低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能である。
【０１８８】
ＥＬ層はシャドーマスクを用いて蒸着法、またはインクジェット法、ディスペンサー法などで形成する。いずれにしても、画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣＭ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。勿論、単色発光のＥＬ表示装置とすることもできる。
【０１８９】
ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続して形成するか、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで真空中で陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【０１９０】
なお、本実施例では陰極３０として、ＬｉＦ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１nm厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上に３００nm厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そして陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、異方性導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。ＦＰＣ１７上にはさらに樹脂層８０が形成され、この部分の接着強度を高めている。
【０１９１】
３１に示された領域において陰極３０と配線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要がある。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極用コンタクトホールの形成時）や絶縁膜２８のエッチング時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることができる。
【０１９２】
また、配線１６はシーリル１９と基板１０との間を隙間（但し封止剤８１で塞がれている。）を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線１６について説明したが、他の配線１４、１５も同様にしてシーリング材１９の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１９３】
ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図２４に、上面構造を図２５（Ａ）に、回路図を図２５（Ｂ）に示す。図２４（Ａ）において、基板２４０１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ２４０２は実施例６の図１２（Ｂ）の画素ＴＦＴ２０４と同じ構造で形成される。ダブルゲート構造とすることで実質的に二つのＴＦＴが直列された構造となり、オフ電流値を低減することができるという利点がある。なお、本実施例ではダブルゲート構造としているがトリプルゲート構造やそれ以上のゲート本数を持つマルチゲート構造でも良い。
【０１９４】
また、電流制御用ＴＦＴ２４０３は図１２（Ｂ）で示すｎチャネル型ＴＦＴ２０１を用いて形成する。このとき、スイッチング用ＴＦＴ２４０２のドレイン線３５は配線３６によって電流制御用ＴＦＴのゲート電極３７に電気的に接続されている。また、３８で示される配線は、スイッチング用ＴＦＴ２４０２のゲート電極３９a、３９bを電気的に接続するゲート線である。
【０１９５】
このとき、電流制御用ＴＦＴ２４０３が本発明の構造であることは非常に重要な意味を持つ。電流制御用ＴＦＴはＥＬ素子を流れる電流量を制御するための素子であるため、多くの電流が流れ、熱による劣化やホットキャリアによる劣化の危険性が高い素子でもある。そのため、電流制御用ＴＦＴにゲート電極と一部が重なるＬＤＤ領域を設けることでＴＦＴの劣化を防ぎ、動作の安定性を高めることができる。
【０１９６】
また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ２４０３をシングルゲート構造で図示しているが、複数のＴＦＴを直列につなげたマルチゲート構造としても良い。さらに、複数のＴＦＴを並列につなげて実質的にチャネル形成領域を複数に分割し、熱の放射を高い効率で行えるようにした構造としても良い。このような構造は熱による劣化対策として有効である。
【０１９７】
また、図２５（Ａ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲート電極３７となる配線は２４０４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ２４０３のドレイン線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、２４０４で示される領域ではコンデンサが形成される。このコンデンサ２４０４は電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲートにかかる電圧を保持するためのコンデンサとして機能する。なお、ドレイン線４０は電流供給線（電源線）２５０１に接続され、常に一定の電圧が加えられている。
【０１９８】
スイッチング用ＴＦＴ２４０２及び電流制御用ＴＦＴ２４０３の上には第１パッシベーション膜４１が設けられ、その上に樹脂絶縁膜でなる平坦化膜４２が形成される。平坦化膜４２を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるＥＬ層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、ＥＬ層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１９９】
また、４３は反射性の高い導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陰極）であり、電流制御用ＴＦＴ２４０３のドレインに電気的に接続される。画素電極４３としてはアルミニウム合金膜、銅合金膜または銀合金膜など低抵抗な導電膜またはそれらの積層膜を用いることが好ましい。勿論、他の導電膜との積層構造としても良い。また、絶縁膜（好ましくは樹脂）で形成されたバンク４４a、４４bにより形成された溝（画素に相当する）の中に発光層４５が形成される。なお、ここでは一画素しか図示していないが、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けても良い。発光層とする有機ＥＬ材料としてはπ共役ポリマー系材料を用いる。代表的なポリマー系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）系、ポリフルオレン系などが挙げられる。  なお、ＰＰＶ系有機ＥＬ材料としては様々な型のものがあるが、例えば「H. Shenk,H.Becker,O.Gelsen,E.Kluge,W.Kreuder,and H.Spreitzer,“Polymers for Light Emitting Diodes”,Euro Display,Proceedings,1999,p.33-37」や特開平１０−９２５７６号公報に記載されたような材料を用いれば良い。
【０２００】
具体的な発光層としては、赤色に発光する発光層にはシアノポリフェニレンビニレン、緑色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン、青色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン若しくはポリアルキルフェニレンを用いれば良い。膜厚は３０〜１５０nm（好ましくは４０〜１００nm）とすれば良い。但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機ＥＬ材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてＥＬ層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例ではポリマー系材料を発光層として用いる例を示したが、低分子系有機ＥＬ材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機ＥＬ材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０２０１】
本実施例では発光層４５の上にＰＥＤＯＴ（ポリチオフェン）またはＰＡｎｉ（ポリアニリン）でなる正孔注入層４６を設けた積層構造のＥＬ層としている。そして、正孔注入層４６の上には透明導電膜でなる陽極４７が設けられる。本実施例の場合、発光層４５で生成された光は上面側に向かって（ＴＦＴの上方に向かって）放射されるため、陽極は透光性でなければならない。透明導電膜としては酸化インジウムと酸化スズとの化合物や酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができるが、耐熱性の低い発光層や正孔注入層を形成した後で形成するため、可能な限り低温で成膜できるものが好ましい。
【０２０２】
陽極４７まで形成された時点でＥＬ素子２４０５が完成する。なお、ここでいうＥＬ素子２４０５は、画素電極（陰極）４３、発光層４５、正孔注入層４６及び陽極４７で形成されたコンデンサを指す。図２６（Ａ）に示すように画素電極４３は画素の面積にほぼ一致するため、画素全体がＥＬ素子として機能する。従って、発光の利用効率が非常に高く、明るい画像表示が可能となる。
【０２０３】
ところで、本実施例では、陽極４７の上にさらに第２パッシベーション膜４８を設けている。第２パッシベーション膜４８としては窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜が好ましい。この目的は、外部とＥＬ素子とを遮断することであり、有機ＥＬ材料の酸化による劣化を防ぐ意味と、有機ＥＬ材料からの脱ガスを抑える意味との両方を併せ持つ。これによりＥＬ表示装置の信頼性が高められる。
【０２０４】
以上のように本願発明のＥＬ表示パネルは図２５のような構造の画素からなる画素部を有し、オフ電流値の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴとを有する。従って、高い信頼性を有し、且つ、良好な画像表示が可能なＥＬ表示パネルが得られる。
【０２０５】
図２４（Ｂ）はＥＬ層の構造を反転させた例を示す。電流制御用ＴＦＴ２６０１は図１２（Ｂ）のｐチャネル型ＴＦＴ２００を用いて形成される。作製プロセスは実施例６を参照すれば良い。本実施例では、画素電極（陽極）５０として透明導電膜を用いる。具体的には酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物でなる導電膜を用いる。勿論、酸化インジウムと酸化スズとの化合物でなる導電膜を用いても良い。
【０２０６】
そして、絶縁膜でなるバンク５１a、５１bが形成された後、溶液塗布によりポリビニルカルバゾールでなる発光層５２が形成される。その上にはカリウムアセチルアセトネート（ａｃａｃＫと表記される）でなる電子注入層５３、アルミニウム合金でなる陰極５４が形成される。この場合、陰極５４がパッシベーション膜としても機能する。こうしてＥＬ素子２６０２が形成される。本実施例の場合、発光層５３で発生した光は、矢印で示されるようにＴＦＴが形成された基板の方に向かって放射される。本実施例のような構造とする場合、電流制御用ＴＦＴ２６０１はｐチャネル型ＴＦＴで形成することが好ましい。
【０２０７】
尚、本実施例の構成は、実施例６〜７のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例１３の電子機器の表示部として本実施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【０２０８】
[実施例１２]
本実施例では、図２５（Ｂ）に示した回路図とは異なる構造の画素とした場合の例について図２６に示す。なお、本実施例において、２７０１はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のソース配線、２７０３はスイッチング用ＴＦＴ２７０２のゲート配線、２７０４は電流制御用ＴＦＴ、２７０５はコンデンサ、２７０６、２７０８は電流供給線、２７０７はＥＬ素子とする。
【０２０９】
図２６（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線２７０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線２７０６を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０２１０】
また、図２６（Ｂ）は、電流供給線２７０８をゲート配線２７０３と平行に設けた場合の例である。なお、図２６（Ｂ）では電流供給線２７０８とゲート配線２７０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電源供給線２７０８とゲート配線２７０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【０２１１】
また、図２６（Ｃ）は、図２６（Ｂ）の構造と同様に電流供給線２７０８をゲート配線２７０３ａ、ｂと平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線２７０８を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線２７０８をゲート配線２７０３のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。図２６（Ａ）、図２６（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ２７０４のゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ２７０５を設ける構造としているが、コンデンサ２７０５を省略することも可能である。
【０２１２】
電流制御用ＴＦＴ２４０３として図２４（Ａ）に示すような本願発明のｎチャネル型ＴＦＴを用いているため、ゲート絶縁膜を介してゲート電極（と重なるように設けられたＬＤＤ領域を有している。この重なり合った領域には一般的にゲート容量と呼ばれる寄生容量が形成されるが、本実施例ではこの寄生容量をコンデンサ２４０４の代わりとして積極的に用いる点に特徴がある。この寄生容量のキャパシタンスは上記ゲート電極とＬＤＤ領域とが重なり合った面積で変化するため、その重なり合った領域に含まれるＬＤＤ領域の長さによって決まる。また、図２６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様にコンデンサ２７０５を省略することは可能である。
【０２１３】
尚、本実施例の構成は、実施例６〜７のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例１３の電子機器の表示部として本実施例のＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【０２１４】
〔実施例１３〕
本願発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＬディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【０２１５】
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（リア型またはフロント型）、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。それらの一例を図27、図28及び図29に示す。
【０２１６】
図27（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。本発明を画像入力部３００２、表示部３００３やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２１７】
図27（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。本発明を表示部３１０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２１８】
図27（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。本発明は表示部３２０５やその他の駆動回路に適用できる。
【０２１９】
図27（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。本発明は表示部３３０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２２０】
図27（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。本発明は表示部３４０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２２１】
図27（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。本願発明を表示部３５０２やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２２２】
図28（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明は投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２２３】
図28（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明は投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２２４】
なお、図28（Ｃ）は、図28（Ａ）及び図28（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図28（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２２５】
また、図28（Ｄ）は、図28（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図28（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２２６】
ただし、図28に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びＥＬ表示装置での適用例は図示していない。
【０２２７】
図29（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本願発明を音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２２８】
図29（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明は表示部４００２、４００３やその他の駆動回路に適用することができる。
【０２２９】
図29（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明は表示部４１０３に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０２３０】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例４〜１２のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０２３１】
【発明の効果】
本発明が開示する線状のレーザビームの光学系を用いれば、光学系の位置調整が非常に簡単になる。また、すべて反射鏡にて光学系を構成したため線状のレーザビームを容易に長尺化できる。これによる効果は、大面積基板にスループット良くレーザビームを照射できることにある。本技術を例えば、低温ポリシリコンＴＦＴの量産ラインに適用すれば、動作特性の高いＴＦＴを効率良く生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図２】  従来のレーザ照射装置を示す図。
【図３】  本発明が開示する光学系に含まれる反射鏡の形状を示す図。
【図４】  本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図５】  本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図６】  本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図７】  本発明が開示する光学系に含まれる反射鏡の形状を示す図。
【図８】  本発明が開示する光学系に含まれる反射鏡の形状を示す図。
【図９】  大量生産用のレーザ照射装置の例を示す図。
【図１０】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１４】  駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す上面図。
【図１５】  駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す断面図。
【図１６】  駆動回路のＴＦＴの構成を示す断面図。
【図１７】  画素ＴＦＴの構成を示す断面図。
【図１８】  画素部の画素を示す上面図。
【図１９】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図２０】  液晶表示装置の入出力端子、配線、回路配置、スペーサ、シール剤の配置を説明する上面図。
【図２１】  液晶表示装置の構造を示す斜視図。
【図２２】  アクティブマトリクス型表示装置の回路構成を説明するブロック図。
【図２３】  ＥＬ表示装置の構造を示す上面図及び断面図。
【図２４】  ＥＬ表示装置の画素部の断面図。
【図２５】  ＥＬ表示装置の画素部の上面図と回路図。
【図２６】  ＥＬ表示装置の画素部の回路図の例。
【図２７】  半導体装置の一例を示す図。
【図２８】  半導体装置の一例を示す図。
【図２９】  投影型液晶表示装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１１０１  レーザ発振器
１１０２  放物面鏡
１１０３  放物面鏡
１１０４  平面鏡
１１０５  平面鏡
１１０６  反射鏡
１１０７  反射鏡
１１０８  被照射面
１１０９  ステージ
１２０１  レーザ発振器
１２０２  シリンドリカルレンズアレイ
１２０３  シリンドリカルレンズアレイ
１２０４  シリンドリカルレンズ
１２０５  シリンドリカルレンズ
１２０７  ミラー
１２０８  ダブレットシリンドリカルレンズ
１２０９  被照射面
１３００  反射鏡
１３０１  シリンドリカルの放物面鏡
１３０２  シリンドリカルの放物面鏡
１３０３  被照射面
１３０４  焦点
１３０５  焦点
１３０６  放物線
１４０１  反射鏡
１５０１  反射鏡
１６０１  反射鏡
１７００  反射鏡
１７０１  シリンドリカルの放物面鏡
１７０２  シリンドリカルの放物面鏡
１７０３  被照射面
１７０４  焦点
１７０５  放物線
１８００  反射鏡
１８０１  平面鏡
１８０２  平面鏡
１８０３  平面鏡
１８０４  被照射面
１９００  レーザ発振器
１９０１  ロードアンロード室
１９０２  トランスファ室
１９０３  ロボットアーム
１９０４  アライメント室
１９０５  プレヒート室
１９０６  ゲートバルブ
１９０７  レーザ照射室
１９０８  照射面
１９０９  レーザ光学系
１９１０  石英窓
１９１１  真空ポンプ
１９１２  ガスボンベ
１９１３  移動機構
１９１４  赤外線ランプ
１９１５  クーリング室
【図１】
0004637376.tif 000002
【図２】
0004637376.tif 000003
【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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