(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、前記基板の表面に対して側面の角度が５°以上５０°未満である島状の絶縁膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜上に下地絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜を覆うように前記半導体膜をエッチングし島状半導体膜を形成する工程と、
前記島状半導体膜をレーザ光により結晶化する工程と、
前記島状半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成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。
【請求項２】
請求項１において、前記レーザ光により結晶化する工程は、前記島状半導体膜の表面及び裏面の両面にレーザ光を照射することにより行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に島状の絶縁膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜上に下地絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜を覆うように前記半導体膜をエッチングし島状半導体膜を形成する工程と、
前記島状半導体膜の表面及び裏面の両面にレーザ光を照射することにより結晶化する工程と、
前記島状半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成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。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記島状の絶縁膜および前記下地絶縁膜は同一の材料を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
基板上に島状の絶縁膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜上に前記島状の絶縁膜と同一の材料の下地絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜を覆うように前記半導体膜をエッチングし島状半導体膜を形成する工程と、
前記島状半導体膜をレーザ光により結晶化する工程と、
前記島状半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成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。
【請求項６】
基板上に下地絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上に、前記基板の表面に対して側面の角度が５°以上５０°未満である島状の絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上および前記島状の絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜を覆うように前記半導体膜をエッチングし島状半導体膜を形成する工程と、
前記島状半導体膜をレーザ光により結晶化する工程と、
前記島状半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成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。
【請求項７】
請求項６において、前記レーザ光により結晶化する工程は、前記島状半導体膜の表面及び裏面の両面にレーザ光を照射することにより行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
基板上に下地絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上に島状の絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上および前記島状の絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜を覆うように前記半導体膜をエッチングし島状半導体膜を形成する工程と、
前記島状半導体膜の表面及び裏面の両面にレーザ光を照射することにより結晶化する工程と、
前記島状半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成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。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、前記島状の絶縁膜および前記下地絶縁膜は同一の材料を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
基板上に下地絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上に前記下地絶縁膜と同一の材料の島状の絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上および前記島状の絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記島状の絶縁膜を覆うように前記半導体膜をエッチングし島状半導体膜を形成する工程と、
前記島状半導体膜をレーザ光により結晶化する工程と、
前記島状半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成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。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、前記基板は、透光性を有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】
本発明は、絶縁表面を有する基板上に形成する結晶構造を有する半導体膜の作製方法、ならびに、この半導体膜を活性層に用いた半導体装置の作製方法に関する。特に、結晶質半導体膜を活性層に用いた半導体装置および半導体装置を表示部に用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、低温ポリシリコンの移動度向上、Ｉoff低減のために、チャネル形成領域を欠陥の少ない単結晶にしようとする動きがある。そこで、絶縁表面を有する透光性基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザーアニール法や熱アニール法などで結晶化させた結晶質半導体膜を薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:以下、ＴＦＴと記す）の活性層に用いる技術が開発されている。
【０００３】
レーザーアニール法はガラス基板の温度をあまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として知られている。特に、波長４００ｎｍ以下の短波長光を発振するエキシマレーザーは、このレーザーアニール法の開発当初から用いられてきた代表的なレーザーである。近年ではその他に固体レーザーのＹＡＧレーザーを用いる技術も開発されている。これらのレーザーアニール法は、レーザービームを被照射面においてスポット状や線状となるように光学系で加工し、その加工されたレーザー光で基板上の被照射面を走査すること（レーザー光の照射位置を被照射面に対して相対的に移動させる）により行う。例えば、線状レーザー光を用いたエキシマレーザーアニール法は、その長手方向と直角な方向だけの走査で被照射面全体をレーザーアニールすることも可能であり、生産性に優れることからＴＦＴを用いる液晶表示装置の製造技術として主流となりつつある。その技術は一枚のガラス基板上に画素部を形成するＴＦＴ（画素ＴＦＴ）と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを形成したモノシリック型の液晶表示装置を可能とした。
【０００４】
しかし、レーザーアニール法によって作製される結晶質半導体膜は複数の結晶粒が集合したものであり、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであった。ガラス基板上に作製されるＴＦＴは、素子分離のために結晶質半導体膜を島状のパターンに分離して形成しており、結晶粒の位置や大きさを指定して形成することはできなかった。結晶粒の界面（結晶粒界）には、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心や結晶粒界におけるポテンシャル準位の影響により、キャリアの電流輸送特性が低下させる原因があることが知られている。
【０００５】
チャネル形成領域の半導体膜の結晶性は、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜でチャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。
【０００６】
このような問題点を解決するために、結晶粒を大きく成長させる試みがなされている。例えば、「"High-Mobility Poly-Si Thin-Film Transistors Fabricated by a Novel Excimer Laser Crystallization Method", K.Shimizu, O.Sugiura and M.Matumura, IEEE Transactions on Electron Devices vol.40, No.1, pp112-117,1993」には、基板上にＳｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉの３層構造の膜を形成し、エキシマレーザー光をその膜側と基板側の両側から照射するレーザーアニール法についての報告がある。その方法によれば、ある所定のエネルギー強度でレーザー光を照射することにより結晶粒の大粒形化を図ることができることが示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記K.Shimizuらの方法は、非晶質シリコン膜の下地材料の熱特性を局所的に変化させて、基板への熱の流れを制御して温度勾配を持たせることを特徴としている。しかしながら、そのためにガラス基板上に高融点金属層／酸化シリコン層／半導体膜の３層構造を形成している。この半導体膜を活性層としてトップゲート型のＴＦＴを形成することは構造的には可能であるが、半導体膜と高融点金属層との間に設けられた酸化シリコン膜により寄生容量が発生するので、消費電力が増加し、ＴＦＴの高速動作を実現することは困難となる。
【０００８】
レーザーに位相差を作る方法やステップ照射方法は、レーザー装置が複雑化するという問題がある。また、駆動回路を内蔵した液晶パネルの駆動素子の結晶化に用いようとした場合、通常素子は一定間隔ではなく様々に配置されるため、チャネル形成領域の全てを確実に大粒径化・単結晶化できない可能性があった。
【０００９】
デュアルビーム法（基板の両側からレーザーを照射、または、基板片側からレーザー照射し基板を透過したレーザーを鏡などで反射させて基板の両面からレーザー照射して非晶質半導体膜を結晶化させる方法。）と３層アイランド構造を組み合わせる方法は、駆動回路を内蔵した液晶パネルの駆動素子の結晶化に用いようとした場合、場所指定単結晶化は可能であるが、５μｍ以上の粒径を作るのは困難で、チャネル幅の大きな薄膜トランジスタにはむいていない。また、メタル−Ｓｉ間で寄生容量が発生し、信号遅延を引き起こす。さらに、メタル材料によっては、照射時に高温となるためピーリングが発生するという問題があった。
【００１０】
さらに、高熱伝導度絶縁膜を下地に利用する方法は、メタル−Ｓｉ間で寄生容量が発生しないメリットはあるものの、安定した高熱伝導度絶縁膜の開発が必要であった。
【００１１】
本発明はこのような問題点を解決するための技術であり、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製し、さらにその結晶質半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより高速動作が可能なＴＦＴを実現する。さらに、そのようなＴＦＴを透過型の液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス材料を用いた表示装置などのさまざまな半導体装置に適用できる技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
ガラスなどの基板上にメタルや高熱伝導度絶縁膜を用いずに、従来の絶縁膜のみを使用して段差を形成して温度勾配を作り、この温度勾配を利用し、非晶質半導体層を結晶化する方法にレーザーアニール法を用いる。本発明のレーザーアニール法は、パルス発振型または連続発振型のエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、またはアルゴンレーザーをその光源とし、光学系にて線状または矩形状に形成されたレーザー光を島状半導体層に対して、島状半導体層が形成された基板の表面（本明細書中では島状半導体層が形成されている面と定義する）から、または表面と裏面（本明細書中では島状半導体層が形成された面と反対側の面と定義する）との両方から照射する。
【００１３】
本発明により、下地絶縁膜を島状にパターニングして、この島状絶縁膜による段差を温度勾配発生に利用して行った結晶化の熱解析シミュレーションを行ったところ、図５（Ｂ）のような結果が得られた。なお、本明細書において、段差とは、図４で示したように下地絶縁膜に設けられた凸部、または島状の絶縁膜によって生じた半導体膜表面の凹凸の最高部（図１（Ｃ）における領域Ａにあたる部分）と最低部（図１（Ｃ）における領域Ｂにあたる部分）との差の部分をいう。
【００１４】
このような結果が得られる理由として、温度勾配の発生が考えられる。図５（Ａ）のＢ領域は、熱の逃げる場所として▲１▼直下の下地絶縁膜▲２▼横に存在する下地絶縁膜の両方があるため、他の場所と比較して早く冷める。逆に、Ｃ領域は、Ｂ領域から逃げてくる熱があるため温度が下がりにくくなっている。したがって、Ｂ領域とＣ領域とでは温度勾配が生じる。
【００１５】
次に、半導体膜がレーザー光照射により完全に溶融して結晶化する様子の説明をする。まず、上述したような理由により最初に温度の下がるＢ領域から固相化が始まり、結晶の核が発生する。この核が結晶成長の中心となり、温度が高く溶融状態のＣ領域またはＡ領域に向かって結晶成長が進行する。
半導体膜が、レーザー光照射により完全に溶融せず固相が残った場合にも、この固相（微少固相）が結晶成長の中心となりそこから温度勾配を利用して結晶成長が進行し、このため粒径の大きな結晶が場所を制御して形成することができる。
【００１６】
このようなことから、所望の位置に下地酸化膜を蓄熱層や熱容量勾配として使用したり、そのために高熱伝導度を基板上に設けたりしなくても従来のガラス基板上に作製されたＴＦＴで使われている半導体膜／下地絶縁膜／基板で、下地絶縁膜を所望の形状にパターニングして段差を設けることで、この段差形状に対応して発生する半導体膜内部の温度分布を利用し、ラテラル成長の発生場所、方向を制御できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
本発明の実施形態を図１と図２を用いて説明する。図１（Ａ）において、基板１０１には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無アルカリガラス基板を用いる。例えば、コーニング社の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることができる。
【００１８】
この基板１０１のＴＦＴを形成する表面に、透光性でかつ絶縁性を有する絶縁膜を形成し、パターニングして島状絶縁膜１０２を得る。この島状絶縁膜は熱伝導性の優れる材料で形成しても良い。その場合、熱伝導率は１０Wm-1K-1以上であることが望ましい。例えば、アルミニウムの酸化物（酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）は可視光において透光性を有し、熱伝導率が２０Wm-1K-1であり適している。また、酸化アルミニウムは化学量論比に限定されるものでなく、熱伝導率特性と内部応力などの特性を制御するために、他の元素を添加しても良い。例えば、酸化アルミニウムに窒素を含ませて、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＮxＯ1-x：０．０２≦ｘ≦０．５）を用いても良いし、アルミニウムの窒化物（ＡｌＮx）を用いることも可能である。また、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）とＭ（Ｍはアルミニウム（Ａｌ）または希土類元素から選ばれた少なくとも一種）を含む化合物を用いることができる。例えば、ＡｌＳｉＯＮやＬａＳｉＯＮなどを好適に用いることができる。その他に、窒化ホウ素なども適用することができる。
【００１９】
上記の酸化物、窒化物、および化合物はいずれもスパッタ法やプラズマＣＶＤ法で形成することができる。スパッタ法の場合には所望の組成のターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）や窒素などの不活性ガスを用いてスパッタすることにより形成できる。また、熱伝導度が１０００Wm-1K-1に達する薄膜ダイヤモンド層やＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層を設けても良い。いずれにしても、このような材料で厚さ５０〜５００nm（好ましくは２００nm）の絶縁膜１０２を形成することで、レーザー光の照射による温度上昇を抑えることができる。また、絶縁膜１０２の端面における側壁の角度は、ガラス基板１０１の主表面に対して、５°以上５０°未満となるようにテーパー状にエッチングしてこの上に積層させる膜のステップカバレージを確保する。
【００２０】
この上に下地絶縁膜１０３を酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などで形成する。酸化窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを原料ガスとして作製する。この原料ガスにＯ2を添加しても良い。作製条件は限定されないが、この下地絶縁膜としての酸化窒化シリコン膜は膜厚を５０〜５００nmとし、含有酸素濃度を５５atomic％以上７０atomic％未満とし、かつ、含有窒素濃度を１atomic％以上２０atomic％未満となるようにする。このような組成として酸化窒化シリコン膜の内部応力が低減すると共に固定電荷密度を減少させておく。
【００２１】
図１（Ｂ）に示す島状半導体膜１０４は、２５〜２０００ｎｍ（好ましくは３０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。これは非晶質構造を有する半導体膜をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成し、その後エッチング処理により不要な部分を除去して形成する。図１（Ｃ）はその上面図であり、島状半導体膜は矩形または短冊型のパターンに形成された島状の下地絶縁膜の上方に形成され、島状の下地絶縁膜と垂直に交差し、島状半導体膜の端部と下地絶縁膜の短辺の端部は重ならないように配置した。島状半導体膜を形成するための非晶質構造を有する半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコン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。
【００２２】
図２において、本発明のレーザーアニール法による結晶化の工程を説明する。結晶化の工程ではまず、非晶質半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い含有する水素量を５atomic％以下にしておくと良い。
【００２３】
結晶化をレーザーアニール法にて行う場合には、パルス発振型または連続発振型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、またはアルゴンレーザーをその光源とする。
【００２４】
図２（Ａ）では、レーザー光１１０が島状半導体膜に照射される様子を示している。島状半導体膜１０４は島状絶縁膜１０２に沿って形成されており、領域Ａ１０５は、島状絶縁膜１０２による段差領域、１０６はその外側の領域Ｂである。いずれにしても島状半導体膜はレーザー光の照射により加熱され一旦溶融状態となる。結晶核は溶融状態から固相状態へ移る冷却過程で生成されるものと推定されているが、その核発生密度は、溶融状態の温度と冷却速度とに相関があり、高温から急冷されると核発生密度が高くなる傾向が経験的知見として得られている。
【００２５】
図１（Ａ）の構造でみると、島状絶縁膜１０２が形成されている領域は体積が増し熱容量が増えるのでレーザー光の照射による温度上昇は抑制される。デュアルビームレーザーアニール法を用いた場合は、島状半導体膜１０４の基板側の面とその反対側の面とからレーザー光が照射され、両面から加熱されるので冷却速度が従来のシングルビームのレーザーアニール法に比べ相対的に遅くなる。その結果、段差内部での温度勾配によるラテラル成長が抑制され、結晶核は島状絶縁膜１０２と重なる島状半導体膜の領域を中心にして放射状のラテラル成長が得られる。
【００２６】
その結果、島状絶縁膜１０２の周辺に粒形の大きな結晶が成長し、１０５で示す島状絶縁膜１０２に沿って形成された領域Ａにおいて大粒形の結晶が得られ、１０６で示す領域Ｂでは比較的小さな結晶粒となる。図２（Ｂ）はその様子を示す上面図である。ＴＦＴを作製したとき、この段差領域がチャネル形成領域の幅となる。また、このような効果は、照射するパルスレーザー光の繰り返しパルス数を増していくと顕著に現れる。
【００２７】
その後島状半導体膜は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、或いは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を中和することができる。このようにして作製された島状半導体膜１０４の領域Ａ１０５をチャネル形成領域としてＴＦＴの活性層を作製することにより、ＴＦＴの特性を向上させることができる。
【００２８】
［実施形態２］
ＴＦＴの活性層とする結晶構造を有する島状半導体膜の作製方法は、レーザーアニール法のみから作製されるものではなく、本発明に関わるレーザーアニール法と熱アニール法を併用させても良い。特に、熱アニール法による結晶化は、特開平７−１３０６５２号公報で開示される触媒元素を用いる結晶化法にも応用すると、６００℃以下の温度で結晶化を実現でき、このようにして作製された結晶質半導体膜を本発明に関わるレーザーアニール法で処理すると高品質の結晶質半導体膜を得ることができる。このような実施形態について図３を用いて説明する。
【００２９】
図３（Ａ）において、基板１５０には実施形態１で示したガラス基板を好適に用いることができる。その他、島状絶縁膜１５１と、下地絶縁膜１５２、非晶質半導体膜１５３は実施形態１と同様にして作製する。そして、重量換算で５〜１００ｐｐｍの触媒元素を含む水溶液をスピンコート法で塗布して触媒元素を含有する層１５４を形成する。或いは、触媒元素を含有する層１５４をスパッタ法や蒸着法などで形成しても良い。その場合、触媒元素を含有する層１５４の厚さは０．５〜２nmとする。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）などである。
【００３０】
その後、まず４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い、非晶質半導体膜の含有水素量を５atomic％以下にする。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、好ましくは５５０℃で４時間の熱アニールを行う。以上の工程により結晶質シリコン膜から成る結晶質半導体膜１５５を得ることができる（図３（Ｂ））。
【００３１】
図３（Ｃ）に示すように結晶質半導体膜１５５から、島状半導体膜１６０を形成する。この状態の基板に対して、図３（Ｃ）に示すようにしてシングルビームレーザーアニールを施す。（デュアルビームレーザーアニールでもよい。デュアルビーム法を用いる場合には、透光性を有する基板を用いればよい。）その結果、レーザー光１５６により一旦溶融状態を経て新たに結晶構造を有する島状半導体膜１６０が形成される。このようにして作製された島状半導体膜１６０は、図２で説明した島状半導体膜１０７と比較して、同等かそれ以上の粒径の結晶粒を領域Ａの中心に作製することができる。しかしながら、島状半導体膜５６０中には触媒元素が１×１０17〜１×１０19atoms/cm3程度の濃度で含まれている。
【００３２】
そこで、特開平１０―１３５４６８号公報または特開平１０―１３５４６９号公報に記載された技術を用いることで、島状半導体膜中の触媒元素濃度を１×１０17atoms/cm3以下、好ましくは１×１０16atoms/cm3以下にまで低減することができる。
【００３３】
島状半導体膜に対してゲッタリング作用を有する周期表の１５族に属する不純物元素、代表的にはリンを選択的に添加し、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間の熱処理を行えば、島状半導体膜中に残存していた触媒元素をリンの添加された領域に移動させることができる。このあと、触媒元素が移動したリンの添加された領域をエッチングして除去することにより、触媒元素濃度が１×１０17atoms/cm3以下にまで低減された島状半導体膜を得ることができる。
【００３４】
［実施形態３］
実施形態１と同様にして、基板に絶縁膜を形成する。その後、この絶縁膜をパターニングして島状絶縁膜を形成するが、この島状絶縁膜の形状として様々なものを採用することができる。本実施形態では、その例を図６に示す。図６は、いずれも上面から見た図であり、斜線部は、下地絶縁膜によって形成された段差領域である。
【００３５】
図６（Ａ）は、段差領域の内側でラテラル成長させることを目的に、絶縁膜を幅（チャネル形成領域に相当する部分）が２〜５μmの矩形になるようパターニングしたものである。
図６（Ａ）では、半導体膜に交差するように設けた島状の絶縁膜により発生する温度勾配を利用したチャネル長方向へのラテラル成長に加えて、半導体膜を島状に形成することで、その縁で発生する温度勾配を利用したチャネル幅方向へのラテラル成長とを組み合わせている。この結果、任意の場所での大粒径化が可能になった。
島状の絶縁膜を幅５μmの矩形に形成し結晶化させた時の結晶化状態をＳＥＭで観察した結果を図７に示す。島状の絶縁膜による段差の縁部および島状半導体膜の縁から結晶成長が進行していることがわかる。
【００３６】
また、図６（Ｂ）のように矩形の下地絶縁膜の内側に開孔部を形成すると、この開口部から外側に向かう結晶成長も発生させることができ、より良好な結晶化が可能になると考えられる。
【００３７】
図６（Ｃ）は、段差を結晶粒成長の中心にして放射状のラテラル成長を得ようとするもので、絶縁膜を直径１．０〜２．０μmの円形にパターニングしたものである。直径を１μm程度にすると、段差内部での温度勾配によるラテラル成長を抑制することができる。
円柱の段差領域（直径設計値２μm）のものをＳＥＭで観察した結果を図８に示す。円形の段差を中心にして放射状のラテラル成長が得られたことがわかる。また、図６（Ｃ）のように絶縁膜を円柱状にパターニングして結晶化を行ってＴＦＴを作製すれば、図６（Ｄ）の様なＴＦＴが作製される。
【００３８】
図６（Ｅ）は、一対の島状絶縁膜による段差の内側縁部からのラテラル成長がそれぞれもう一方の島状絶縁膜に向かって進行する際、途中で衝突するのをさけるために短冊状の島状絶縁膜の一部が島状半導体膜と重なって互い違いになるように設ける例である。
【００３９】
図６（Ｆ）で示すように、島状絶縁膜による段差を利用した温度分布はそのままで、冷却速度を延長して結晶成長を増長するために、段差の材料として熱伝導度の低い有機樹脂膜、例えばＢＣＢ（benzocyclobutene）等の膜を用いることも考えられる。
【００４０】
図６（Ｇ）は、半導体膜の長辺の縁付近に半導体膜の縁からはみ出さないように、またはやや半導体膜にかかるように段差を形成している例である。一対の島状絶縁膜の間隔は実施者が適宜決定してよい。これにより、半導体膜の縁部分が通常よりも早く低温化するので、半導体膜内部との温度差が急峻となりラテラル成長が促進されるようになる。
【００４１】
以上に示された島状絶縁膜のパターンは、実施形態１または実施形態２のいずれにも用いることができる。
【００４２】
［実施例１］
本発明について図９〜図１２を用いて説明する。ここでは、画素部のｎチャネル型ＴＦＴ（以下画素ＴＦＴと記す）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ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを同時に作製する方法について工程に従って説明する。
【００４３】
図９において、基板２０１にはコーニング１７３７ガラスを用いた。この基板２０１のＴＦＴを形成する表面に、下地絶縁膜を形成する。この膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどで形成する。
【００４４】
酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl  Orthosilicate：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。酸化窒化シリコン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シリコン膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン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シリコン膜を適用しても良い。窒化シリコン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。
【００４５】
上記に代表される下地絶縁膜を２０〜２００nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さに基板２０１上の全面に形成しておき、その後フォトリソグラフィーの技術を用いレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングし、絶縁膜を矩形にパターニングして、島状絶縁膜２０２〜２０６を形成する。上記絶縁膜に対してはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例えば、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）でエッチングすると良い。
【００４６】
島状絶縁膜２０２〜２０６のパターン寸法は実施者が適宣決定するものであるが、実際には作製するＴＦＴのサイズ（チャネル長、チャネル幅）を考慮して決めれば良い。本実施例では実施形態３図６（Ａ）にあるように、幅５μｍの島状絶縁膜を形成したが、島状絶縁膜は実施形態３で示したような様々な形状を採用することが可能である。
【００４７】
次いで、島状絶縁膜を覆う下地絶縁膜２０７を形成する。この膜は島状絶縁膜と同様に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などで５０〜３００nm（好ましくは１００〜２００nm）の厚さに形成する。
【００４８】
次に、２５〜２０００ｎｍ（好ましくは３０〜１００ｎｍ）の厚さで非晶質構造を有する半導体膜２０８を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を５５ｎｍの厚さに形成する。非晶質構造を有する半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコン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。また、下地絶縁膜２０７と非晶質シリコン膜２０８とはプラズマＣＶＤ法で形成することが可能であるので、両者を減圧雰囲気下にて連続形成しても良い。下地絶縁膜２０７を形成した後、大気雰囲気に晒さないことでそ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。
【００４９】
そして、図９（Ｂ）に示すように非晶質半導体膜２０８の不要な部分をエッチング除去して島状半導体膜２０９〜２１２を形成する。島状半導体膜の形状やサイズは実施者が適宣決めれば良い。
【００５０】
島状半導体膜２０９〜２１２の結晶化はシングルビームレーザーアニール法で行う。これは実施形態１、実施形態２に示す方法のいずれを適用しても良い。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８nm）をレーザー光発生装置として、光学系で線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Hz、エネルギー密度１００〜５００mJ/cm2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として照射する。このようにして島状半導体膜２０９〜２１２を結晶化させることができた。
【００５１】
その後、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層２１３を形成する。例えば、減圧ＣＶＤ法でＳｉＨ4とＯ2との混合ガスを用い、２６６Paにおいて４００℃に加熱して酸化シリコン膜を形成する（図９（Ｃ））。
【００５２】
チャネルドープ工程は、フォトレジストマスク２１５を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜２０９〜２１２の全面に１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を添加する。ボロン（Ｂ）の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質シリコン膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。チャネルドープはしきい値電圧を制御する目的で実施するものであり、ＴＦＴを作製する上で必須の工程ではないが、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形成することが好ましい（図９（Ｄ））。
【００５３】
そして、駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体膜２１０、２１１に選択的に添加する。あらかじめフォトレジストマスク２１５〜２１８を形成する。この工程ではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を適用する。形成される不純物領域（ｎ-）２１９、２２０、２２１のリン（Ｐ）濃度は５×１０17〜５×１０18atoms／cm3のとする（図１０（Ａ））。また、不純物領域２２１は、画素部の保持容量を形成するための半導体膜でありこの領域にも同じ濃度でリン（Ｐ）を添加して導電性を向上させておくと良い。
【００５４】
次に、マスク層２１３をフッ酸などにより除去して、図９（Ｄ）と図１０（Ａ）で添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中、５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニールや、レーザーアニールの方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体膜が形成された基板全面を処理する。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく実施者が適宣決定すれば良い。
【００５５】
そして、ゲート絶縁膜２２２をプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて４０〜１５０ｎｍの厚さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｏ2を原料としてプラズマＣＶＤ法で作製される酸化窒化シリコン膜で形成する（図１０（Ｂ））。
【００５６】
次に、ゲート電極および容量配線を形成するための第１の導電層２２３、２２４を成膜する。この導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった積層構造とすることもできる。本実施形態では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）２２３と金属膜から成る導電層（Ｂ）２２４とを積層した構造とする。導電層（Ｂ）２２４はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）２２３は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層（Ａ）２２３はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。導電層（Ｂ）２２４は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と良く、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良い。例えば、タングステン（Ｗ）は酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とすることで２０μΩｃｍ以下の比抵抗値を実現することができる。
【００５７】
導電層（Ａ）２２３は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）２２４は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。本実施例では、導電層（Ａ）２２３に３０ｎｍの厚さのＴａＮ膜を、導電層（Ｂ）２２４には３５０ｎｍのＴａ膜を用い、いずれもスパッタ法で形成する。ＴａＮ膜はＴａをターゲットとしてスパッタガスにＡｒと窒素との混合ガスを用いて成膜する。ＴａはスパッタガスにＡｒを用いる。また、これらのスパッタガス中に適量の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る。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にＴａ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。尚、図示しないが、導電層（Ａ）２２３の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン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、導電層（Ａ）２２３または導電層（Ｂ）２２４が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜２２２に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層（Ｂ）２２４は抵抗率を１０〜５００μΩcmの範囲ですることが好ましい（図１０（Ｃ））。
【００５８】
次に，フォトレジストマスク２２５〜２３０を形成し、導電層（Ａ）２２３と導電層（Ｂ）２２４とを一括でエッチングしてゲート電極２３１〜２３４および容量配線２３５を形成する。例えば、ドライエッチング法によりＣＦ4とＯ2の混合ガス、またはＣｌ2を用いて１〜２０Paの反応圧力で行うことができる。ゲート電極２３１〜２３４および容量配線２３５は、導電層（Ａ）２２３から成る２３１ａ〜２３５ａと、導電層（Ｂ）２２４から成る２３１ｂ〜２３５ｂとが一体として形成されている。この時、ｎチャネル型ＴＦＴに設けるゲート電極２３２、２３３は不純物領域２１９、２２０の一部と重なるように形成する（図１０（Ｄ））。また、ゲート電極は導電層（Ｂ）２２４のみで形成することも可能である。
【００５９】
次いで、駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域を形成するために、ｐ型を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここでは、ゲート電極２３１をマスクとして、自己整合的に不純物領域を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域はフォトレジストマスク２３６で被覆しておく。そして、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で不純物領域（ｐ+）２３７を１×１０21atoms／cm3の濃度で形成する（図１１（Ａ））。
【００６０】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の形成を行う。レジストマスク２３８〜２４１を形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して不純物領域２４２〜２４６を形成する。これは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行い、不純物領域（ｎ+）２４２〜２４６の（Ｐ）濃度を５×１０20atoms／cm3とする（図１１（Ｂ））。不純物領域２４２には、既に前工程で添加されたボロン（Ｂ）が含まれているが、それに比して１／２〜１／３の濃度でリン（Ｐ）が添加されるだけなので、添加されたリン（Ｐ）の影響は考えなくても良く、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはない。
【００６１】
そして、画素部のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物添加の工程を行う。ここではゲート電極２３４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。添加するリン（Ｐ）の濃度は５×１０16atoms／cm3とし、図１０（Ａ）および図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度で添加することで、実質的には不純物領域（ｎ--）２４７、２４８のみが形成される（図１１（Ｃ））。
【００６２】
その後、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ために熱処理工程を行う。この工程はレーザーアニール法で行うことができる。ここではファーネスアニール法で活性化工程を行う。熱処理は酸素濃度が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時間の熱処理を行う。
【００６３】
この熱アニールにおいて、ゲート電極２３１〜２３４と容量配線２３５を形成するＴａ膜２３１ｂ〜２３５ｂは、表面から５〜８０ｎｍの厚さでＴａＮから成る導電層（Ｃ）２３１ｃ〜２３５ｃが形成される。また、その他に導電層（Ｂ）２３１ｂ〜２３５ｂがタングステン（Ｗ）の場合には窒化タングステン（ＷＮ）が形成され、チタン（Ｔｉ）の場合には窒化チタン（ＴｉＮ）を形成することができる。また、窒素またはアンモニアなどを用いた窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電極２３１〜２３４を晒しても同様に形成することができる。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱アニールを行い、島状半導体膜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膜にある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。
【００６４】
結晶化の工程においてシリコンの結晶化を助長する触媒元素を使用し、その後実施形態２で説明したゲッタリングの工程を行わなかった場合には島状半導体膜中には微量（１×１０17〜１×１０19atoms/cm3程度）の触媒元素が残留する。もちろん、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ほうがより好ましい。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。ゲッタリングに必要なリン（Ｐ）の濃度は図１１（Ｂ）で形成した不純物領域（ｎ+）と同程度であればよく、ここで実施される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不純物領域２４２〜２４６に偏析させることができる。その結果、不純物領域２４２〜２４６には１×１０17〜１×１０19atoms/cm3程度の触媒元素が偏析する（図１１（Ｄ））。
【００６５】
活性化および水素化の工程が終了したら、ゲート配線を形成する第２導電層を形成する。この第２導電層は低抵抗材料であるアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）を主成分とする導電層（Ｄ）で形成する。いずれにしても、第２導電層の抵抗率は０．１〜１０μΩcm程度とする。さらに、チタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）から成る導電層（Ｅ）を積層形成すると良い。本実施例では、チタン（Ｔｉ）を０．１〜２重量％含むアルミニウム（Ａｌ）膜で導電層（Ｄ）２４９を形成し、チタン（Ｔｉ）膜を導電層（Ｅ）２５０として形成した。導電層（Ｄ）２４９は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良く、導電層（Ｅ）２５０は５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）で形成すれば良い（図１２（Ａ））。
【００６６】
そして、ゲート電極に接続するゲート配線を形成するために導電層（Ｅ）２５０と導電層（Ｄ）２４９とをエッチング処理して、ゲート配線２５１、２５２と容量配線２５３を形成する。エッチング処理は最初にＳｉＣｌ4とＢＣｌ3との混合ガスを用いたドライエッチング法で導電層（Ｅ）の表面から導電層（Ｄ）を除去することにより下地との選択加工性を保ってゲート配線を形成することができる（図１２（Ｂ））。
【００６７】
第１層間絶縁膜２５４は５００〜１５００ｎｍの厚さで酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜で形成する。本実施例では、ＳｉＨ4を２７SCCM、Ｎ2Ｏを９００SCCM、として反応圧力１６０Pa、基板温度３２５℃で放電電力密度０．１５W/cm2で形成した。その後、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線２５５〜２５８と、ドレイン配線２５９〜２６２を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とする。
【００６８】
次に、パッシベーション膜２６３として、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を５０〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られる。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られる。また、このような熱処理により第１の層間絶縁膜２５４に存在する水素を島状半導体膜２０９〜２１２に拡散させ水素化をすることもできる。いずれにしても、島状半導体膜２０９〜２１２の欠陥密度を１０16/cm3以下とすることが望ましく、そのために水素を０．０１〜０．１atomic％程度付与すれば良い（図１２（Ｃ））。なお、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜２６３に開口部を形成しておいても良い。
【００６９】
その後、図１３に示すように、有機樹脂からなる第２層間絶縁膜２６４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℃で焼成して形成する。そして、第２層間絶縁膜２６４にドレイン配線２６２に達するコンタクトホールを形成し、画素電極２６５、２６６を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜、酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜、酸化インジウム・スズ・酸化亜鉛膜などから選ばれた透明導電膜を１００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成する。
【００７０】
こうして同一基板上に、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た。駆動回路にはｐチャネル型ＴＦＴ３０１、第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３、画素部には画素ＴＦＴ３０４、保持容量３０５が形成した。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。
【００７１】
駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ３０１には、島状半導体膜２０９にチャネル形成領域３０６、ソース領域３０７ａ、３０７ｂ、ドレイン領域３０８ａ，３０８ｂを有している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２には、島状半導体膜２１０にチャネル形成領域３０９、ゲート電極２３３と重なるＬＤＤ領域（Ｌov）３１０、ソース領域３１１、ドレイン領域３１２を有している。このＬov領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜１．５μｍとした。第２のｎチャネル型ＴＦＴ３０３には、島状半導体膜２１１にチャネル形成領域３１３、Ｌov領域とＬoff領域（ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域であり、以降Ｌoff領域と記す）とが形成され、このＬoff領域のチャネル長方向の長さは０．３〜２．０μｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍである。画素ＴＦＴ３０４には、島状半導体膜２１２にチャネル形成領域３１８、３１９、Ｌoff領域３２０〜３２３、ソースまたはドレイン領域３２４〜３２６を有している。Ｌoff領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線２５３と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ３０４のドレイン領域３２６に接続し、ｎ型を付与する不純物元素が添加された半導体膜３２７とから保持容量３０５が形成されている。図１３では画素ＴＦＴ３０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【００７２】
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。さらにゲート電極を耐熱性を有する導電性材料で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、ゲート配線低抵抗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、表示領域（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。そして、下地膜を形成する島状絶縁膜２０２〜２０６上で選択的に形成された単結晶構造を有する結晶質シリコン膜を用いることにより、良好なＴＦＴを作製することができる。
【００７３】
［実施例２］
本実施例では、実施例１により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。実施例１における図１３の状態のアクティブマトリクス基板に対し、配向膜を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の対向基板６０２には、遮光膜６０３、透明導電膜６０４および配向膜６０５を形成する。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。そして、画素部とＣＭＯＳ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公知のセル組み工程によってシール材やスペーサー（共に図示せず）などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶材料６０６を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１４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。
【００７４】
なお、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、実施例１で説明した構造と照らし合わせて説明したが、実施例１の構成に限定されるものでなく、実施形態１〜３で示した構成を実施例１に応用して完成させたアクティブマトリクス基板を用いても良い。
【００７５】
［実施例３］
本実施例では、図２６で観察されるような島状の絶縁膜を用いてレーザーアニール法により結晶化した半導体膜を用いて作製されたｎチャネル型ＴＦＴのドレイン電流（ＩＤ）とゲート電圧（ＶＧ）との関係を表すグラフ（以下、ＩＤ−ＶＧ曲線という）および電界効果移動度（μFE）のグラフを図２５に示す。このとき、ソース電圧（ＶＳ）は、０Ｖ、ドレイン電圧（ＶＤ）は、１Ｖまたは５Ｖとした。実測値は、チャネル長（Ｌ）が２μｍ、チャネル幅（Ｗ）が４μｍであった。なお、図２５（Ａ）は、半導体膜の膜厚が、５５ｎｍ、下地段差は５０ｎｍのものである。図２５（Ｂ）は、比較のため本発明を用いずに段差なしでレーザー結晶化を行った半導体膜を用いて作製されたｎチャネル型ＴＦＴに対して同様の測定を行った結果を示すグラフである。
【００７６】
本発明を用いて作製されたｎチャネル型ＴＦＴのＳ値（ＩＤ−ＶＧ曲線の立ち上がり部分における最大傾きの逆数を示す値）は、ＶＧ＝５Ｖのときに０．２〜０．４（Ｖ／decade）、電界効果移動度（μFE）は、ＶＧ＝１Ｖのときに１２０〜１４０(cm2/V・sec)という良好な結果が得られた。
【００７７】
以上より、本発明の技術を用いることにより、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製することができることがわかった。
【００７８】
（実施例４）
上述の本発明の液晶表示装置にはネマチック液晶以外にも様々な液晶を用いることが可能である。例えば、1998, SID, "Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by H. Furue et al.や、1997, SID DIGEST, 841, "A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time" by T. Yoshida et al.や、1996, J. Mater. Chem. 6(4), 671-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays" by S. Inui et al.や、米国特許第5594569 号に開示された液晶を用いることが可能である。
【００７９】
等方相−コレステリック相−カイラルスメクティックＣ相転移系列を示す強誘電性液晶（ＦＬＣ）を用い、ＤＣ電圧を印加しながらコレステリック相−カイラルスメクティックＣ相転移をさせ、かつコーンエッジをほぼラビング方向に一致させた単安定ＦＬＣの電気光学特性を図１５に示す。図１５に示すような強誘電性液晶による表示モードは「Ｈａｌｆ−Ｖ字スイッチングモード」と呼ばれている。図１５に示すグラフの縦軸は透過率（任意単位）、横軸は印加電圧である。「Ｈａｌｆ−Ｖ字スイッチングモード」については、寺田らの”Ｈａｌｆ−Ｖ字スイッチングモードＦＬＣＤ”、第４６回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、１９９９年３月、第１３１６頁、および吉原らの”強誘電性液晶による時分割フルカラーＬＣＤ”、液晶第３巻第３号第１９０頁に詳しい。
【００８０】
図１５に示されるように、このような強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ階調表示が可能となることがわかる。本発明の液晶表示装置には、このような電気光学特性を示す強誘電性液晶も用いることができる。
【００８１】
また、ある温度域において反強誘電相を示す液晶を反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）という。反強誘電性液晶を有する混合液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液晶は、いわゆるＶ字型の電気光学応答特性を示すものがあり、その駆動電圧が約±２．５Ｖ程度（セル厚約１μｍ〜２μｍ）のものも見出されている。
【００８２】
また、一般に、無しきい値反強誘電性混合液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。このため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。
【００８３】
なお、このような無しきい値反強誘電性混合液晶を本発明の液晶表示装置に用いることによって低電圧駆動が実現されるので、低消費電力化が実現される。
【００８４】
〔実施例５〕
本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装置全てに本発明を実施できる。
【００８５】
その様な電子装置としては、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）、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１６、図１７及び図１８に示す。
【００８６】
図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４等を含む。本発明を画像入力部２００２、表示部２００３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００８７】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。本発明を表示部２１０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００８８】
図１６（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２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む。本発明は表示部２２０５やその他の信号制御回路に適用できる。
【００８９】
図１６（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３等を含む。本発明は表示部２３０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９０】
図１６（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２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５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２４０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９１】
図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を表示部２５０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９２】
図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９３】
図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。本発明は投射装置２７０２の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９４】
なお、図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０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１７（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。
【００９５】
また、図１７（Ｄ）は、図１７（Ｃ）中における光源光学系２８０１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２８０１は、リフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図１７（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。
【００９６】
ただし、図１７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。
【００９７】
図１８（Ａ）は携帯電話であり、本体２９０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６等を含む。本発明を音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示部２９０４やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９８】
図１８（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６等を含む。本発明は表示部３００２、３００３やその他の信号回路に適用することができる。
【００９９】
図１８（Ｃ）はディスプレイであり、本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。本発明は表示部３１０３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。
【０１００】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子装置に適用することが可能である。また、本実施例の電子装置は、実施形態１から４、実施例１〜３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。
【０１０１】
〔実施例６〕
本実施例では、本発明を用いてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を作製した例について説明する。
【０１０２】
図１９（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示装置の上面図である。図１９（Ａ）において、４０１０は基板、４０１１は画素部、４０１２はソース側駆動回路、４０１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線４０１４〜４０１６を経てＦＰＣ４０１７に至り、外部機器へと接続される。
【０１０３】
このとき、少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を囲むようにしてカバー材６０００、シーリング材（ハウジング材ともいう）７０００、密封材（第２のシーリング材）７００１が設けられている。
【０１０４】
また、図１９（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示装置の断面構造であり、基板４０１０、下地膜４０２１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。）４０２２及び画素部用ＴＦＴ４０２３（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。
【０１０５】
本発明は、駆動回路用ＴＦＴ４０２２、画素部用ＴＦＴ４０２３に際して用いることができる。
【０１０６】
本発明を用いて駆動回路用ＴＦＴ４０２２、画素部用ＴＦＴ４０２３が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）４０２６の上に画素部用ＴＦＴ４０２３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４０２７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４０２７を形成したら、絶縁膜４０２８を形成し、画素電極４０２７上に開口部を形成する。
【０１０７】
次に、ＥＬ層４０２９を形成する。ＥＬ層４０２９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。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。
【０１０８】
本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて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。
【０１０９】
ＥＬ層４０２９を形成したら、その上に陰極４０３０を形成する。陰極４０３０とＥＬ層４０２９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４０２９と陰極４０３０を連続成膜するか、ＥＬ層４０２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで陰極４０３０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。
【０１１０】
なお、本実施例では陰極４０３０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４０２９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４０３０は４０３１で示される領域において配線４０１６に接続される。配線４０１６は陰極４０３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、導電性ペースト材料４０３２を介してＦＰＣ４０１７に接続される。
【０１１１】
４０３１に示された領域において陰極４０３０と配線４０１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜４０２６及び絶縁膜４０２８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４０２６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４０２８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４０２８をエッチングする際に、層間絶縁膜４０２６まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜４０２６と絶縁膜４０２８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。
【０１１２】
このようにして形成されたＥＬ素子の表面を覆って、パッシベーション膜６００３、充填材６００４、カバー材６０００が形成される。
【０１１３】
さらに、ＥＬ素子部を囲むようにして、カバー材６０００と基板４０１０の内側にシーリング材が設けられ、さらにシーリング材７０００の外側には密封材（第２のシーリング材）７００１が形成される。
【０１１４】
このとき、この充填材６００４は、カバー材６０００を接着するための接着剤としても機能する。充填材６００４としては、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、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）を用いることができる。この充填材６００４の内部に乾燥剤を設けておくと、吸湿効果を保持できるので好ましい。
【０１１５】
また、充填材６００４の中にスペーサーを含有させてもよい。このとき、スペーサーをＢａＯなどからなる粒状物質とし、スペーサー自体に吸湿性をもたせてもよい。
【０１１６】
スペーサーを設けた場合、パッシベーション膜６００３はスペーサー圧を緩和することができる。また、パッシベーション膜とは別に、スペーサー圧を緩和する樹脂膜などを設けてもよい。
【０１１７】
また、カバー材６０００としては、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、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムを用いることができる。なお、充填材６００４としてＰＶＢやＥＶＡを用いる場合、数十μｍのアルミニウムホイルを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ることが好ましい。
【０１１８】
但し、ＥＬ素子からの発光方向（光の放射方向）によっては、カバー材６０００が透光性を有する必要がある。
【０１１９】
また、配線４０１６はシーリング材７０００および密封材７００１と基板４０１０との隙間を通ってＦＰＣ４０１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線４０１６について説明したが、他の配線４０１４、４０１５も同様にしてシーリング材７０００および密封材７００１の下を通ってＦＰＣ４０１７に電気的に接続される。
【０１２０】
［実施例７］
本実施例では、本発明を用いて実施例６とは異なる形態のＥＬ表示装置を作製した例について、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）を用いて説明する。図１９（Ａ）、（Ｂ）と同じ番号のものは同じ部分を指しているので説明は省略する。
【０１２１】
図２０（Ａ）は本実施例のＥＬ表示装置の上面図であり、図２０（Ａ）をＡ-Ａ'で切断した断面図を図２０（Ｂ）に示す。
【０１２２】
実施例６に従って、ＥＬ素子の表面を覆ってパッシベーション膜６００３までを形成する。
【０１２３】
さらに、EL素子を覆うようにして充填材６００４を設ける。この充填材６００４は、カバー材６０００を接着するための接着剤としても機能する。充填材６００４としては、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、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）を用いることができる。この充填材６００４の内部に乾燥剤を設けておくと、吸湿効果を保持できるので好ましい。
【０１２４】
また、充填材６００４の中にスペーサーを含有させてもよい。このとき、スペーサーをＢａＯなどからなる粒状物質とし、スペーサー自体に吸湿性をもたせてもよい。
【０１２５】
スペーサーを設けた場合、パッシベーション膜６００３はスペーサー圧を緩和することができる。また、パッシベーション膜とは別に、スペーサー圧を緩和する樹脂膜などを設けてもよい。
【０１２６】
また、カバー材６０００としては、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、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムを用いることができる。なお、充填材６００４としてＰＶＢやＥＶＡを用いる場合、数十μｍのアルミニウムホイルを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ることが好ましい。
【０１２７】
但し、ＥＬ素子からの発光方向（光の放射方向）によっては、カバー材６０００が透光性を有する必要がある。
【０１２８】
次に、充填材６００４を用いてカバー材６０００を接着した後、充填材６００４の側面（露呈面）を覆うようにフレーム材６００１を取り付ける。フレーム材６００１はシーリング材（接着剤として機能する）６００２によって接着される。このとき、シーリング材６００２としては、光硬化性樹脂を用いるのが好ましいが、ＥＬ層の耐熱性が許せば熱硬化性樹脂を用いても良い。なお、シーリング材６００２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、シーリング材６００２の内部に乾燥剤を添加してあっても良い。
【０１２９】
また、配線４０１６はシーリング材６００２と基板４０１０との隙間を通ってＦＰＣ４０１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線４０１６について説明したが、他の配線４０１４、４０１５も同様にしてシーリング材６００２の下を通ってＦＰＣ４０１７に電気的に接続される。
【０１３０】
［実施例８］
ここでＥＬ表示パネルにおける画素部のさらに詳細な断面構造を図２１に、上面構造を図２２（Ａ）に、回路図を図２２（Ｂ）に示す。図２１、図２２（Ａ）、（Ｂ）では共通の符号を用いるので互いに参照すれば良い。
【０１３１】
図２１において、基板３５０１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ３５０２は本発明のＮＴＦＴを用いて形成される（実施形態１〜３及び実施例１〜２参照）。但し、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。ダブルゲート構造、シングルゲート構造、または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を採用しても構わない。
【０１３２】
また、電流制御用ＴＦＴ３５０３は本発明のＮＴＦＴを用いて形成される。このとき、スイッチング用ＴＦＴ３５０２のドレイン配線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ＴＦＴ３５０２のゲート電極３９a、３９bを電気的に接続するゲート配線である。
【０１３３】
このとき、電流制御用ＴＦＴ３５０３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のドレイン側に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に重なるようにＬＤＤ領域を設ける本発明の構造は極めて有効である。
【０１３４】
また、本実施例では電流制御用ＴＦＴ３５０３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。
【０１３５】
また、図２２（Ａ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ３５０３のゲート電極３７となる配線は３５０４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ３５０３のドレイン配線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、３５０４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３５０４は電流制御用ＴＦＴ３５０３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、ドレイン配線４０は電流供給線（電源線）３５０６に接続され、常に一定の電圧が加えられている。
【０１３６】
スイッチング用ＴＦＴ３５０２及び電流制御用ＴＦＴ３５０３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。
【０１３７】
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ＴＦＴ３５０３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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
陽極４７まで形成された時点でＥＬ素子３５０５が完成する。なお、ここでいうＥＬ素子３５０５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２２（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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
以上のように本発明のＥＬ表示パネルは図２１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。
【０１４７】
なお、本実施例の構成は、実施形態１〜３、実施例１〜４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４の電子装置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。
【０１４８】
〔実施例９〕
本実施例では、実施例８に示した画素部において、ＥＬ素子３５０５の構造を反転させた構造について説明する。説明には図２３を用いる。なお、図２１の構造と異なる点はＥＬ素子の部分と電流制御用ＴＦＴだけであるので、その他の説明は省略することとする。
【０１４９】
図２３において、電流制御用ＴＦＴ３５０３は本発明のＰＴＦＴを用いて形成される。作製プロセスは実施形態１〜３、実施例１〜４を参照すれば良い。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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３７０１が形成される。
【０１５２】
本実施例の場合、発光層５２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。
【０１５３】
なお、本実施例の構成は、実施形態１〜３、実施例１〜４の構成と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５の電子装置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。
【０１５４】
〔実施例１０〕
本実施例では、図２２（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２４（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、本実施例において、３８０１はスイッチング用ＴＦＴ３８０２のソース配線、３８０３はスイッチング用ＴＦＴ３８０２のゲート配線、３８０４は電流制御用ＴＦＴ、３８０５はコンデンサ、３８０６、３８０８は電流供給線、３８０７はＥＬ素子とする。
【０１５５】
図２４（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線３８０６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３８０６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。
【０１５６】
また、図２４（Ｂ）は、電流供給線３８０８をゲート配線３８０３と平行に設けた場合の例である。なお、図２４（Ｂ）では電流供給線３８０８とゲート配線３８０３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３８０８とゲート配線３８０３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。
【０１５７】
また、図２４（Ｃ）は、図２４（Ｂ）の構造と同様に電流供給線３８０８をゲート配線３８０３と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線３８０８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３８０８をゲート配線３８０３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。
【０１５８】
なお、本実施例の構成は、実施形態１〜２、実施例１〜４の構成と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５の電子装置の表示部として本実施例の画素構造を有するＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【０１５９】
［実施例１１］
実施例８に示した図２２（Ａ）、（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ３５０３のゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ３５０４を設ける構造としているが、コンデンサ３５０４を省略することも可能である。実施例７の場合、電流制御用ＴＦＴ３５０３として実施形態１〜２、実施例１〜４に示すような本発明のＮＴＦＴを用いているため、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に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３５０４の代わりとして積極的に用いる点に特徴がある。
【０１６０】
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によって変化するため、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。
【０１６１】
また、実施例１０に示した図２４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構造においても同様に、コンデンサ３８０５を省略することは可能である。
【０１６２】
なお、本実施例の構成は、実施形態１〜２、実施例１〜４の構成と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５の電子装置の表示部として本実施例の画素構造を有するＥＬ表示パネルを用いることは有効である。
【０１６３】
【発明の効果】
本発明の技術を用いることにより、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製することができる。このような結晶質半導体膜の結晶粒の位置をＴＦＴのチャネル形成領域に合わせて形成することにより、ＴＦＴの静特性及び動特性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の結晶化の工程を説明する図。
【図２】  本発明の結晶化の工程を説明する図。
【図３】  本発明の結晶化の工程を説明する図。
【図４】  本発明の実施形態の一例を示す図。
【図５】  熱解析シミュレーションの結果を示す図。
【図６】  島状絶縁膜の形状を示す上面図。
【図７】  結晶化のＳＥＭによる観察結果を示す図。
【図８】  結晶化のＳＥＭによる観察結果を示す図。
【図９】  画素部および駆動回路部のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図１０】  画素部および駆動回路部のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図１１】  画素部および駆動回路部のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図１２】  画素部および駆動回路部のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図１３】  画素部および駆動回路部のＴＦＴの作製工程を示す図。
【図１４】  液晶表示装置の構造を示す図。
【図１５】  反強誘電性混合液晶の光透過率特性の一例を示す図。
【図１６】  半導体装置の一例を示す図。
【図１７】  半導体装置の一例を示す図。
【図１８】  半導体装置の一例を示す図。
【図１９】  ＥＬ表示装置の構造を示す図。
【図２０】  ＥＬ表示装置の構造を示す図。
【図２１】  ＥＬ表示装置の構造を示す図。
【図２２】  ＥＬ表示装置の構造を示す図。
【図２３】  ＥＬ表示装置の構造を示す図。
【図２４】  ＥＬ表示装置の構造を示す図。
【図２５】  ＴＦＴの特性を示す図。
【図２６】  結晶化のＳＥＭによる観察結果を示した図。
【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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【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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