(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも大きい第１の酸化窒化シリコン膜と、前記第１の酸化窒化シリコン膜上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さい第２の酸化窒化シリコン膜を含む第１の絶縁層を形成し、
前記第１の絶縁層上に形成した非晶質半導体膜を結晶化させることにより、引っ張り応力を有する結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記結晶質半導体膜上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さい第３の酸化窒化シリコン膜を含む第２の絶縁層を形成し、
前記第１の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に引張り応力を有し、前記第２の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力を有し、且つ前記第１の酸化窒化シリコン膜と第２の酸化窒化シリコン膜とからなる積層された膜及び前記第１の絶縁層は、前記基板に沿う方向に引張り応力を有し、
前記第３の酸化窒化シリコン膜及び前記第２の絶縁層は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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】
基板上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも大きく、且つ当該含有窒素濃度が２５ａｔｏｍｉｃ％以上５０ａｔｏｍｉｃ％未満の第１の酸化窒化シリコン膜と、前記第１の酸化窒化シリコン膜上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さく、且つ当該含有窒素濃度が５ａｔｏｍｉｃ％以上２５ａｔｏｍｉｃ％未満の第２の酸化窒化シリコン膜を含む第１の絶縁層を形成し、
前記第１の絶縁層上に形成した非晶質半導体膜を結晶化させることにより、引っ張り応力を有する結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記結晶質半導体膜上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さく、且つ当該含有窒素濃度が５ａｔｏｍｉｃ％以上２５ａｔｏｍｉｃ％未満の第３の酸化窒化シリコン膜を含む第２の絶縁層を形成し、
前記第１の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に引張り応力を有し、前記第２の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力を有し、且つ前記第１の酸化窒化シリコン膜と第２の酸化窒化シリコン膜とからなる積層された膜及び前記第１の絶縁層は、前記基板に沿う方向に引張り応力を有し、
前記第３の酸化窒化シリコン膜及び前記第２の絶縁層は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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３】
基板上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも大きく、当該含有窒素濃度が２５ａｔｏｍｉｃ％以上５０ａｔｏｍｉｃ％未満で、且つ膜厚が２０〜１００ｎｍの第１の酸化窒化シリコン膜と、前記第１の酸化窒化シリコン膜上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さく、当該含有窒素濃度が５ａｔｏｍｉｃ％以上２５ａｔｏｍｉｃ％未満で、且つ膜厚が５０〜５００ｎｍの第２の酸化窒化シリコン膜を含む第１の絶縁層を形成し、
前記第１の絶縁層上に２０〜１００ｎｍの厚さに形成した非晶質半導体膜を結晶化させることにより、引っ張り応力を有する結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜にチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記結晶質半導体膜上に含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さく、且つ当該含有窒素濃度が５ａｔｏｍｉｃ％以上２５ａｔｏｍｉｃ％未満の第３の酸化窒化シリコン膜を含む第２の絶縁層を形成し、
前記第１の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に引張り応力を有し、前記第２の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力を有し、且つ前記第１の酸化窒化シリコン膜と第２の酸化窒化シリコン膜とからなる積層された膜及び前記第１の絶縁層は、前記基板に沿う方向に引張り応力を有し、
前記第３の酸化窒化シリコン膜及び前記第２の絶縁層は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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のいずれか一において、
前記第３の酸化窒化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成し、
前記窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成することにより前記第２の絶縁層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第３の酸化窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成することにより前記第２の絶縁層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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８】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第３の酸化窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜上に第４の酸化窒化シリコン膜を形成することにより前記第２の絶縁層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記第４の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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１０】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第３の酸化窒化シリコン膜上に第４の酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記第４の酸化窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜上に第５の酸化窒化シリコン膜を形成することにより前記第２の絶縁層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第３の酸化窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜上に第４の酸化窒化シリコン膜を形成し、
前記第４の酸化窒化シリコン膜上に第５の酸化窒化シリコン膜を形成することにより前記第２の絶縁層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第４の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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１３】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第３の酸化窒化シリコン膜上に第１の窒化シリコン膜を形成し、
前記第１の窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜上に第２の窒化シリコン膜を形成し、
前記第２の窒化シリコン膜上に第４の酸化窒化シリコン膜を形成することにより前記第２の絶縁層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１の窒化シリコン膜、前記第２の窒化シリコン膜、及び前記第４の酸化窒化シリコン膜は、前記基板に沿う方向に圧縮応力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１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一において、
前記第１の酸化窒化シリコン膜は、ＳｉＨ4 、Ｎ2 Ｏ、及びＮＨ3 の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか一において、
前記第３の酸化窒化のシリコン膜は、ＳｉＨ4 及びＮ2 Ｏの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成され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、基板上に薄膜トランジスタを用いた集積回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。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電気光学装置を搭載した電子機器の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を多数個配列させて、アクティブマトリクス型液晶表示装置に代表される半導体装置が開発されている。ＴＦＴは少なくとも島状半導体膜から成る活性層と、該活性層の基板側に設けられた第１の絶縁層と、該活性層の基板側とは反対側に設けられた第２の絶縁層とが積層された構造を有していた。或いは、第１の絶縁層を省略して、活性層と、該活性層の基板側とは反対側の表面に密接して設けられた第２の絶縁層とが積層された構造を有していた。
【０００３】
前記第１の絶縁層を介して、活性層に所定の電圧を印加するようにゲート電極を設けた構造は、逆スタガ型もしくはボトムゲート型と呼ばれている。一方、前記第２の絶縁層を介して、活性層に所定の電圧を印加するようにゲート電極を設けた構造は、順スタガ型もしくはトップゲート型と呼ばれている。
【０００４】
ＴＦＴに用いられる半導体膜は、非晶質半導体をはじめ、高移動度が得られる結晶質半導体が適していると考えられている。ここで、結晶質半導体とは、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体を含むものである。また、絶縁層は、代表的には酸化シリコン、窒化シリコン、窒酸化シリコンなどの材料で形成されている。
【０００５】
また、前記半導体層の一例として、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報、特開平１０−１３５４６８号公報、または特開平１０−１３５４６９号公報で開示された半導体が知られている。
【０００６】
ところで、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、スパッタ法、真空蒸着法などの公知の成膜技術で作製される前記材料の薄膜には内部応力があることが知られていた。内部応力はさらにその薄膜が本来もつ真性応力と、薄膜と基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力とに分離して考えられていた。熱応力は基板の熱膨張係数やＴＦＴの作製工程のプロセス温度を管理することによりその影響を無視することもできたが、真性応力の発生メカニズムは必ずしも明確にはされておらず、薄膜の成長過程やその後の熱処理などによる相変化や組成変化が複雑に絡み合って発生しているものと考えられていた。
【０００７】
一般的に、内部応力は図３に示すように、基板に対して薄膜が収縮しようとするときには、基板はその影響を受けて薄膜を内側にして変形するのでこれを引張り応力と呼んでいる。一方、薄膜が伸張しようとするときには、基板は押し縮められて薄膜を外側にして変形するのでこれを圧縮応力と呼んでいる。このように便宜上内部応力の定義は基板を中心として考えられていた。本明細書でも内部応力はこの定義に従って記述する。
【０００８】
非晶質半導体膜から熱アニール法やレーザーアニール法などの方法で作製される結晶質半導体膜は、結晶化の過程で体積収縮が起こることが知られていた。その割合は非晶質半導体膜の状態にもよるが、０．１〜１0％程度であるとされていた。その結果、結晶質半導体膜には引張り応力が発生し、その大きさは約１×１０9Paに及ぶこともあった。また、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の絶縁膜の内部応力は、膜の作製条件やその後の熱処理の条件によって圧縮応力から引張り応力までさまざまに変化することが知られていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
超ＬＳＩの技術分野では素子の不良をもたらす原因の一つとして応力の問題が指摘されていた。集積度の向上と共に必然的に局所的な応力の影響が無視できないものとなっていた。例えば、応力が集中する領域に重金属不純物が捕捉されて各種の不良モードを引き起こしたり、応力を緩和するために発生した転位も素子の特性を劣化させる要因であると考えられていた。
【００１０】
しかしながら、半導体膜や絶縁膜などの複数の薄膜を積層して形成されるＴＦＴに関しては、それぞれの薄膜の内部応力が相互に作用してもたらす影響についてまだ十分解明されていないものであった。
【００１１】
ＴＦＴ特性を表す特性パラメータは幾つかあるが、その性能の良さは電界効果移動度が一つの目安とされている。そして、高い電界効果移動度の実現を目標として、ＴＦＴの構造やその製造工程は理論的解析と経験的側面から注意深く検討されてきた。特に重要な要因は半導体層中のバルク欠陥密度や、半導体層と絶縁層との界面における界面準位密度を可能な限り低減させることが必要であると考えられていた。
【００１２】
本発明者は、結晶質半導体層に形成されるバルク欠陥密度や界面欠陥密度を低減するためには、ＴＦＴの作製条件を最適化するのみでなく、それぞれの薄膜の内部応力を考慮して、その応力バランスをとりながら欠陥密度を低減させることが課題であると考えた。本発明は上記のような問題点を解決し、結晶質半導体層に対して歪みを発生させることなく、バルク欠陥密度や界面欠陥密度を低減させたＴＦＴを実現することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述のように、非晶質半導体膜から作製される結晶質半導体膜には引張り応力が内在していた。このような結晶質半導体膜を活性層としたＴＦＴにおいて、結晶質半導体膜に対して歪みを発生させることなくゲート絶縁膜や他の絶縁膜および導電性膜を積層させるには、応力バランスを考慮することが必要であった。
【００１４】
ここで考慮されるべき応力バランスとは、積層されるそれぞれの薄膜の内部応力を相殺して合成応力をゼロにするというものでなく、引張り応力を有する結晶質半導体膜を中心にして、その結晶質半導体膜に歪みを発生させない方向にその他の内部応力が内在する薄膜を積層させるものである。
【００１５】
図４は本発明の概念を説明するものである。引張り応力を有する結晶質半導体膜に対して、その結晶質半導体膜の基板側に設ける薄膜は引張り応力を有していることが望ましいと考えた（図４（Ｂ））。一方、結晶質半導体膜の基板側とは反対側の表面に設ける薄膜には圧縮応力を持たせると良いと考えた（図４（Ａ））。いずれにしても結晶質半導体膜が収縮しようとするとき、これを引き伸ばす方向に応力が作用すれば結晶粒界に歪みが生じ、マイクロクラックが形成されることが予想された。このような場合、その領域には転位や結晶欠陥が生成され、不対結合手が多数形成されるものであった。従って、結晶質半導体膜に対して基板側に設ける薄膜には引張り応力をもたせることで、結晶質半導体層が収縮しようとするのと同じ方向に応力を付与することができた。これとは反対に、結晶質半導体膜に対して基板側とは反対側に設ける薄膜には圧縮応力をもたせることで、該結晶質半導体層が収縮しようとするのと同じ方向に応力を付与することができた。即ち、結晶質半導体膜を収縮させる方向に他の薄膜から応力が付与される構成とすることではじめて欠陥密度を有効に低減させることができた。
【００１６】
薄膜の内部応力を制御するには作製条件やその後の熱処理条件を考慮すれば良かった。例えば、プラズマＣＶＤ法で作製される窒化酸化シリコン膜は、窒素と酸素の組成比や含有水素量を変化させることで圧縮応力から引張り応力まで変化させることが可能であった。また、プラズマＣＶＤ法で作製される窒化シリコン膜はその成膜速度を変化させることにより内部応力の大きさを変化させることができた。
【００１７】
さらに、応力バランスを考慮する上で重要なことは、ＴＦＴの製作工程全体を通しての温度管理であった。プラズマＣＶＤ法やスパッタ法で作製される薄膜は、初期状態で所定の内部応力を有していても、その後の工程における基板加熱温度によってまったく反対方向の内部応力に変化してしまうことがあった。また、逆にこの性質を利用して内部応力を変化させることも可能であった。例えば、圧縮応力を持つ窒化シリコン膜に対し、３００℃以上の温度で熱処理を加えると引張り応力に変化させることもできた。
【００１８】
そして、基板上に形成された島状半導体膜から成る活性層の基板側に設けられた第１の絶縁層を介して活性層に所定の電圧を印加するようにゲート電極を設ければ、逆スタガ型またはボトムゲート型のＴＦＴを形成することができた。また、活性層の基板側とは反対側に設けられた第２の絶縁層を介して活性層に所定の電圧を印加するようにゲート電極を設ければ順スタガ型またはトップゲート型のＴＦＴを形成することができた。
【００１９】
第１の絶縁層または第２の絶縁層に使用される絶縁膜の材料は特に限定されるものではないが、内部応力をなんらかの形で制御できることが必要であった。そのためには、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化タンタル膜などが適してした。窒化シリコン膜の作製方法に限定はないが、例えばプラズマＣＶＤ法で作製する場合には、ＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2、Ｈ2の混合ガスか作製することができる。そして、ガスの混合比や放電電力密度を変えることにより成膜速度の異なる条件で窒化シリコン膜を作製することができた。内部応力の測定器は、Ionic  System社製のModel-30114を使用した。測定はシリコンウエハー上に作製した試料を用いた。
【００２０】
内部応力の値は、引張り応力を正の値で示し、圧縮応力を負の値で示し区別する。図１７のデータは、成膜時の基板温度を４００℃として、異なる成膜速度で作製された窒化シリコン膜は、いずれも圧縮応力を有していたが、５００℃で1時間の熱処理を加えると、引張り応力に変化させることができた。このような変化は、成膜時の基板温度よりも高い温度で熱処理したときに実現し、窒化シリコン膜の緻密化が原因であると考えられた。従って、窒化シリコン膜は圧縮応力を有する膜と引張り応力を有する膜の両方を作製することが可能であった。
【００２１】
また、酸化窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏの混合ガスから作製した。ここでもガスの混合比や放電電力密度を変えることにより、成膜速度を異ならせて酸化窒化シリコン膜を作製することができた。図１８は基板温度４００℃で作製された酸化窒化シリコン膜の内部応力の値を示す。成膜速度が異なるそれぞれの試料において、いずれも圧縮応力を有していた。さらに、４５０℃で４時間の熱処理を加えても、圧縮応力の絶対値は小さくなるものの、やはりその状態は保持されたままであった。
【００２２】
また、図１９の特性は、同様に酸化窒化シリコン膜の内部応力のデータであるが、ＳｉＨ4、Ｎ2ＯにさらにＮＨ3を混合して作製された酸化窒化シリコン膜のデータを示している。成膜時においてＮＨ3ガスを添加していくと、圧縮応力から引張り応力側に特性が変化した。さらに、試料に５５０℃で4時間の加熱処理を加えると引張り応力を大きくすることができた。このような応力の変化は、酸化窒化シリコン膜中の窒素濃度と酸素濃度の組成比の変化に対応していた。表１にラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）で酸化窒化シリコン膜中の各元素濃度を測定した結果を示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
酸化窒化シリコン膜の窒素と酸素の含有量がそれぞれ７atomic％、５９．５atomic％であるのに対し、成膜時にＮＨ3ガスを３０SCCM添加することによって窒素含有量と酸素含有量をそれぞれ２４．０atomic％、２６．５atomic％とすることができた。また、ＮＨ3ガスを１００SCCM添加することによって窒素含有量と酸素含有量をそれぞれ４４．１atomic％、６．０atomic％とすることができた。すなわち、ＮＨ3ガスを添加することにより酸化窒化シリコン膜中の窒素濃度を増加させ酸素濃度を低減させることができた。このとき圧縮応力から引張り応力に変化させることができた。ＮＨ3ガスを添加して得られた種々の酸化窒化シリコン膜についてその組成を調べたところ、いずれもシリコンが約３４atomic％、水素が約１６atomic％、そして窒素と酸素の合計が約５０atomic％といった割合であった。そして窒素濃度が２５atomic％以上５０atomic％未満のものは明らかに引張り応力を有し、５atomic％以上２５atomic％未満のものは圧縮応力を示していた。また、熱処理による内部応力の変化は、図２０に示すように膜中の含有水素量変化と関連付けて考えることができた。図２０のデータはＮＨ3ガスを添加して作製された酸化窒化シリコン膜の含有水素濃度をＦＴ−ＩＲで測定した結果を示している。５００℃で１時間の熱処理ではシリコンに結合した水素が優先的に放出されている。この傾向は膜作製時の基板温度（図２０の各グラフの右上に表記したＴsubを参照）が低い程顕著に表れている。シリコンと結合した水素が放出されることにより不対結合手ができ、その不対結合手の相互作用（引力）により引張り応力が強められていることが予想される。このように、膜中の水素濃度を低減させることによっても内部応力を変化させることが可能であった。
【００２５】
このように、成膜速度を制御したり、成膜時の基板温度よりも高い温度熱処理を加えたり、或いは成膜条件を制御して膜の組成を変化させることにより内部応力を制御することができた。ＴＦＴは周知の如く薄膜の形成とエッチング処理を繰り返して完成されるものであるが、ここで重要なことはその作製工程全般に渡ってのプロセス温度の管理であった。そして、積層される薄膜の内部応力を考慮してプロセスの最高温度を決めればよかった。
【００２６】
以上のように、本発明は基板上に形成された島状半導体膜を活性層として、前記活性層と基板との間に設けられ、含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも大きい第１の酸化窒化シリコン膜と、含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さい第２の酸化窒化シリコン膜とを有する第１の絶縁層と、前記活性層の基板とは反対側の表面に接して設けられ、含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さい第３の酸化窒化シリコン膜を有する第２の絶縁層とを備えたことを特徴としている。
【００２７】
前記活性層は引張り応力を有し、前記第１の絶縁層の含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも大きい第１の酸化窒化シリコン膜は引張り応力を有し、かつ、前記第２の絶縁層の、含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さい第３の酸化窒化シリコン膜は圧縮応力を有していることを特徴としている。前記第１の絶縁層と前記半導体層との引張り応力の絶対値の差、または、前記第２の絶縁層の圧縮応力と、前記半導体層の引張り応力との絶対値の差が、５×108Pa以内であることが望ましい。
【００２８】
また、前記含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも大きい第１の酸化窒化シリコン膜の含有窒素濃度は２５atomic％以上５０atomic％未満であり、前記含有窒素濃度が含有酸素濃度よりも小さい第３の酸化窒化シリコン膜の含有窒素濃度は５atomic％以上２５atomic％未満であることを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
[実施形態１]
本発明の実施形態を図１を用いて説明する。図１の（Ａ）から（Ｃ）において、絶縁表面を有する基板１０１上に第１の絶縁層１０２が形成されている。第１の絶縁層１０２は基板側から含有窒素濃度が２５atomic％以上５０atomic％未満の窒素リッチな酸化窒化シリコン膜１０２ａと、含有窒素濃度が５atomic％以上２５atomic％未満の酸化窒化シリコン膜１０２ｂにより形成されている。窒素リッチな酸化窒化シリコン膜１０２ａは５×１０8Pa以上２×１０9Paの引張り応力を有している。また、酸化窒化シリコン膜１０２ｂは−５×１０8Pa以下の圧縮応力を有した膜であり、窒素リッチな酸化窒化シリコン膜１０２ａと活性層１０３の間に設けることにより幾分応力の作用を緩和するために設けられている。
【００３０】
活性層１０３は非晶質半導体膜をレーザーアニール法や熱アニール法などの方法で作製された結晶質半導体膜であり、詳細な作製方法に限定されるものではないが必然的に引張り応力を有している。そして、必要に応じてチャネル形成領域１０３ａ、ＬＤＤ領域１０３ｂ、ソース領域１０３ｃ、ドレイン領域１０３ｄが設けられている。ソース電極１０６とドレイン電極１０７は、第２の絶縁層１０４の一部にコンタクトホールを形成して設けられている。
【００３１】
第２の絶縁層１０４は活性層１０３上に積層されるが、図１で示すようなトップゲート型のＴＦＴの場合、ゲート絶縁膜１０４ａが最初に設けられ、これは含有窒素濃度が５atomic％以上２５atomic％未満の酸化窒化シリコン膜で形成される。この上にゲート電極が所定の位置に設けられる。
【００３２】
図１（Ａ）は、この上に窒化シリコン膜１０４ｂと酸化シリコン膜１０４ｃを形成したものである。窒化シリコン膜１０４ｂには圧縮応力を付与すべく成膜速度を制御して形成した。この膜の圧縮応力は-２×１０8〜１×109Paの範囲であった。
【００３３】
図１（Ｂ）は、ゲート絶縁膜１０４ａの上に酸化シリコン膜１０４ｄ、窒化シリコン膜１０４ｅを形成した構成を示す。酸化シリコン膜１０４ｄは５×109Pa以下の応力であり、この上に形成した窒化シリコン膜１０４ｅによって圧縮応力を加えても良い。
【００３４】
図１（Ｃ）は、ゲート絶縁膜１０４ａの上に窒化シリコン膜１０４ｆ、酸化シリコン膜１０４ｇ、窒化シリコン膜１０４ｈ、酸化窒化シリコン膜１０４ｉを形成した構成を示す。圧縮応力は窒化シリコン膜１０４ｆ、１０４ｈと、含有窒素濃度が５atomic％以上２５atomic％未満の酸化窒化シリコン膜１０４ｉとが有している。ソース電極１０６とドレイン電極１０７上に圧縮応力を有する膜を設けることにより、活性層１０３により効果的に応力を付与することができた。
【００３５】
[実施形態２]
本発明の実施形態を図２を用いて説明する。図２の（Ａ）から（Ｄ）において、絶縁表面を有する基板２０１上に第１の絶縁層２０２が形成されている。そして実施形態１と同様に含有窒素濃度が２５atomic％以上５０atomic％未満の窒素リッチな酸化窒化シリコン膜２０２ａと、含有窒素濃度が５atomic％以上２５atomic％未満の酸化窒化シリコン膜２０２ｂが設けられている。窒素リッチな酸化窒化シリコン膜２０２ａは引張り応力を有している。活性層２０３は非晶質半導体膜をレーザーアニール法や熱アニール法などの方法で作製された結晶質半導体膜であり、必要に応じてチャネル形成領域２０３ａ、ＬＤＤ領域２０３ｂ、ソース領域２０３ｃ、ドレイン領域２０３ｄが設けられている。ソース電極２０６とドレイン電極２０７は、第２の絶縁層２０４の一部にコンタクトホールを形成して設けられている。第２の絶縁層２０４は活性層２０３上に積層されるが、図２で示すようなトップゲート型のＴＦＴの場合、ゲート絶縁膜２０４ａが最初に設けられ、含有窒素濃度が５atomic％以上２５atomic％未満の酸化窒化シリコン膜で形成される。この上にゲート電極が所定の位置に設けられる。
【００３６】
図２（Ａ）は、ゲート絶縁膜２０４ａ上に酸化シリコン膜２０４ｂと酸化窒化シリコン膜２０４ｃを形成したものである。酸化窒化シリコン膜２０４ｃは含有窒素濃度が５atomic％以上２５atomic％未満として圧縮応力を有せしめた。従って、窒素リッチな酸化窒化シリコン膜２０２ａと酸化窒化シリコン膜２０４ｃとから応力が活性層２０３に印加される構成となっている。ここでは、ソース電極２０６とドレイン電極２０７上に圧縮応力を有する膜を設けることにより、活性層２０３により効果的に応力を付与することができた。
【００３７】
図２（Ｂ）は、ゲート絶縁膜２０４ａ上に酸化窒化シリコン膜２０４ｄ、酸化シリコン膜２０４ｅ、酸化窒化シリコン膜２０４ｆを設けた構成となっている。そして、窒素リッチな酸化窒化シリコン膜２０２ａと酸化窒化シリコン膜２０４ｄ、２０４ｆとから応力が活性層２０３に印加される構成となっている。
【００３８】
図２（Ｃ）は、ゲート絶縁膜２０４ａ上に酸化シリコン膜２０４ｇ、圧縮応力を有する酸化窒化シリコン膜２０４ｈ、酸化窒化シリコン膜２０４ｉが設けられた構成である。また図２（Ｄ）は酸化シリコン膜２０４ｊ、酸化窒化シリコン膜２０４ｋ、酸化窒化シリコン膜２０４ｌが設けられた構成である。
【００３９】
このように、酸化窒化シリコン膜の含有窒素量と酸素量との組成比を制御して内部応力を引張り応力から圧縮応力まで変化させるためには、膜形成に使用するＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3のガスの混合比率をかえれば良く、簡単にできるものであった。また、内部応力の絶対値が５×108Pa以上の酸化窒化シリコン膜を設ける場合には、活性層２０３に密接して形成するのではなく、酸化シリコン膜などの応力の小さい膜を介在させて設けると良かった。
【００４０】
【実施例】
[実施例１]
図５〜図７を用いて本実施例を説明する。まず、基板６０１としてガラス基板、例えばコーニング社の＃１７３７基板を用意した。そして、基板６０１上にゲート電極６０２を形成した。ここでは、スパッタ法を用いて、タンタル（Ｔａ）膜を２００ｎｍの厚さに形成した。また、ゲート電極６０２を、窒化タンタル膜（膜厚５０ｎｍ）とＴａ膜（膜厚２５０ｎｍ）の2層構造としても良い。Ｔａ膜はスパッタ法でＡｒガスを用い、Ｔａをターゲットとして形成されるが、ＡｒガスにＸｅガスを加えた混合ガスでスパッタすると内部応力の絶対値を２×108Pa以下にすることができた。（図５（Ａ））
【００４１】
そして、第１の絶縁層６０３、非晶質半導体層６０４を順次大気開放しないで連続形成した。第１の絶縁層６０３は窒素リッチな酸化窒化シリコン膜６０３ａ（膜厚５０ｎｍ）と酸化窒化シリコン膜（膜厚１２５ｎｍ）で形成した。窒素リッチな酸化窒化シリコン膜６０３ａはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3の混合ガスよりプラズマＣＶＤ法で作製された。また、非晶質半導体層６０４もプラズマＣＶＤ法を用い、２０〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜７５ｎｍの厚さに形成した。（図５（Ｂ））
【００４２】
そして、４５０〜５５０℃で1時間の加熱処理を行った。この加熱処理により第１の絶縁層６０３と非晶質半導体層６０４とから水素が放出され、引張り応力を付与することができた。その後、非晶質半導体層６０４に対して、結晶化の工程を行い、結晶質半導体層６０５を形成した。ここでの結晶化の工程は、レーザーアニール法や熱アニール法を用いれば良い。レーザーアニール法では、例えば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、発振パルス周波数３０Ｈｚ、レーザーエネルギー密度１００〜５００mJ/cm2、線状ビームのオーバーラップ率を９６％として非晶質半導体層の結晶化を行った。ここで、非晶質半導体層が結晶化するに伴って、体積収縮が起こり、形成された結晶質半導体層６０５の引張り応力は増大した。（図５（Ｃ））
【００４３】
次に、こうして形成された結晶質半導体層６０５に接して絶縁膜６０６を形成した。ここでは、酸化窒化シリコン膜を２００ｎｍの厚さに形成した。その後、裏面からの露光を用いたパターニング法により、絶縁膜６０６に接したレジストマスク６０７を形成した。ここでは、ゲート電極６０２がマスクとなり、自己整合的にレジストマスク６０７を形成することができた。そして、図示したようにレジストマスクの大きさは、光の回り込みによって、わずかにゲート電極の幅より小さくなった。（図５（Ｄ））
【００４４】
そして、レジストマスク６０７を用いて絶縁膜６０６をエッチングして、チャネル保護膜６０８を形成した後、レジストマスク６０７は除去した。この工程により、チャネル保護膜６０８と接する領域以外の結晶質半導体層６０５の表面を露呈させた。このチャネル保護膜６０８は、後の不純物添加の工程でチャネル領域に不純物が添加されることを防ぐ役目を果たした。（図５（Ｅ））
【００４５】
次いで、フォトマスクを用いたパターニングによって、ｎチャネル型ＴＦＴの一部とｐチャネル型ＴＦＴの領域を覆うレジストマスク６０９を形成し、結晶質半導体層６０５の表面が露呈している領域にｎ型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。そして、第１の不純物領域（ｎ+型領域）６１０ａが形成された。本実施例では、ｎ型を付与する不純物元素としてリンを用いたので、イオンドープ法においてフォスフィン（ＰＨ3）を用い、ドーズ量５×１０14atoms/cm2、加速電圧１０ｋＶとした。また、上記レジストマスク６０９のパターンは実施者が適宣設定することによりｎ+型領域の幅が決定され、所望の幅を有するｎ-型領域、およびチャネル形成領域を容易に得ることができた。（図６（Ａ））
【００４６】
レジストマスク６０９を除去した後、第２の絶縁膜６１１を形成した。ここでは、実施形態１で示した含有窒素濃度が５atomic％以上２５atomic％未満で圧縮応力を有する酸化窒化シリコン膜（膜厚５０ｎｍ）をプラズマＣＶＤ法で作製した。酸化窒化シリコン膜は圧縮応力を有していた。（図６（Ｂ））
【００４７】
次いで、マスク用絶縁膜６１１が表面に設けられた結晶質半導体層にｎ型を付与する不純物元素を添加する工程を行い、第２の不純物領域（ｎ-型領域）６１２を形成した。但し、マスク用絶縁膜６１１を介してその下の結晶質半導体層に不純物を添加するために、マスク用絶縁膜６１１の厚さを考慮にいれ、適宣条件を設定する必要があった。ここでは、ドーズ量３×１０13atoms/cm2、加速電圧６０ｋＶとした。こうして形成される第２の不純物領域６１２はＬＤＤ領域として機能した。（図６（Ｃ））
【００４８】
次いで、ｎチャネル型ＴＦＴを覆うレジストマスク６１４を形成し、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域にｐ型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。ここでは、イオンドープ法でジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用い、ボロン（Ｂ）を添加した。ドーズ量は４×１０15atoms/cm2、加速電圧３０ｋＶとした。（図６（Ｄ））
【００４９】
その後、レーザーアニール法または熱アニール法による不純物元素の活性化の工程を行った後、水素雰囲気中で熱処理（３００〜５００℃、１時間）を行い全体を水素化した。（図７（Ａ））
【００５０】
また、プラズマ化することにより生成された水素により水素化しても良い。その後、チャネル保護膜６０８とマスク用絶縁膜６１１をフッ酸系エッチング液で選択除去し、公知のパターニング技術により結晶質半導体層を所望の形状にエッチングした。（図７（Ｂ））
【００５１】
以上の工程を経て、ｎチャネル型ＴＦＴのソース領域６１５、ドレイン領域６１６、ＬＤＤ領域６１７、６１８チャネル形成領域６１９が形成され、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域６２１、ドレイン領域６２２、チャネル形成領域６２０が形成された。次いで、ｎチャネル型ＴＦＴおよびｐチャネル型ＴＦＴを覆って第２の絶縁層を形成した。第２の絶縁層は最初に、酸化シリコン膜から成る絶縁膜６２３を１０００ｎｍの厚さに形成した。（図７（Ｃ））
【００５２】
そして、コンタクトホールを形成して、ソース電極６２４、６２６、ドレイン電極６２５、６２７を形成した。さらに第2の絶縁層として、酸化シリコン膜から成る絶縁膜６２３上に、ソース電極６２４、６２６、ドレイン電極６２５、６２７を覆って、酸化窒化シリコン膜６２８を形成した。この酸化窒化シリコン膜は含有窒素量を５atomic％以上２５atomic％未満として圧縮応力を持たせた。図７（Ｄ）に示す状態を得た後、最後に水素雰囲気中で熱処理を行い、全体を水素化してｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴが完成した。水素化の工程はプラズマ化した水素雰囲気にさらすことによっても実現できた。
【００５３】
[実施例２]
実施例１の作製工程を用いたｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを備えた半導体装置について図８を用いてその一例を説明する。図８はＣＭＯＳ回路の基本構成であるインバータ回路を示す。このようなインバータ回路を組み合わせることで、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路のような基本回路を構成したり、さらに複雑なシフトレジスタ回路やバッファ回路などを構成することができる。図８（Ａ）はＣＭＯＳ回路の上面図に相当する図であり、図８（Ａ）において点線A-A'の断面構造図を図８（Ｂ）に示す。
【００５４】
図８（Ｂ）において、ｎチャネル型およびｐチャネル型ＴＦＴの両方は同一基板上に形成されている。ｐチャネル型ＴＦＴは、ゲート電極９０２が形成され、その上に第１の絶縁層として、引張り応力を有する窒素リッチな酸化窒化シリコン膜９０３と、酸化窒化シリコン膜９０４とが設けられている。そして、第１の絶縁層に接して結晶質半導体膜から成る活性層が形成され、ｐ+領域９１２（ドレイン領域）、９１５（ソース領域）とチャネル形成領域９１４とが設けられている。この半導体層に接して第２の絶縁層が設けられ、ここでは酸化シリコン膜９１７と酸化窒化シリコン膜９１９とが形成されている。そして酸化シリコン膜に設けられたコンタクトホールを通してソース電極９２０、ドレイン電極９１８が形成されている。一方、ｎチャネル型ＴＦＴの活性層には、ｎ+型領域９０５（ソース領域）、９１１（ドレイン領域）とチャネル形成領域９０９と、前記ｎ+型領域とチャネル形成領域との間にｎ-型領域が設けられている。そして同様に層間絶縁膜９１７にはコンタクトホールが形成され、ソース電極９１６、ドレイン電極９１８が設けられている。
【００５５】
このようなＣＭＯＳ回路は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路や、ＥＬ（Electro  luminescence）型表示装置の駆動回路や、密着型イメージセンサの読み取り回路などに応用することができる。
【００５６】
[実施例３]
本実施例を図９と図１０により説明する。ここでは、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを同一基板上に作製し、ＣＭＯＳ回路の基本構成であるインバータ回路を形成する実施形態について説明する。図９（Ａ）において、絶縁表面を有する基板７０１上に第１の絶縁層が形成されている。これは含有窒素濃度が２５atomic％以上、５０atomic％未満の窒素リッチな酸化窒化シリコン膜７０２を２０〜１００ｎｍ、代表的には５０ｎｍの厚さに形成し、含有窒素濃度が５atomic％以上、２５atomic％未満の酸化窒化シリコン膜７０３を５０〜５００ｎｍ、代表的には１５０〜２００ｎｍの厚さに形成した。窒素リッチな酸化窒化シリコン膜７０２は引張り応力を有している。第２の島状半導体膜７０４と、第１の島状半導体膜７０５、およびゲート絶縁膜７０６を形成した。ゲート絶縁膜７０６は酸化窒化シリコン膜から形成した。また、島状半導体膜は、非晶質半導体膜をレーザーアニール法や熱アニール法などの方法で作製された結晶質半導体膜を公知の技術で島状に分離形成したものである。（図９（Ａ））
【００５７】
ここで適用できる半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またシリコンゲルマニウム合金、炭化シリコンがあり、その他にガリウム砒素などの化合物半導体材料を用いることもできる。半導体膜は１０〜１００ｎｍ、代表的には５０ｎｍの厚さで形成される。プラズマＣＶＤ法で作製される非晶質半導体膜には１０〜４０atomic％の割合で膜中に水素が含まれている。非晶質半導体膜は圧縮応力から引張り応力まで作製条件により任意の内部応力を有しているが、結晶化の工程の前に４００〜５００℃の熱処理の工程を行い水素を膜中から脱離させることにより、そのほとんどが引張り応力に変化した。
【００５８】
そして、第２の島状半導体膜７０４と、第１の島状半導体膜７０５のチャネル形成領域を覆うレジストマスク７０７、７０８を形成した。このとき、配線を形成する領域にもレジストマスク７０９を形成しておいても良い。そして、ｎ型を付与する不純物元素を添加して第２の不純物領域を形成する工程を行った。ここでは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法でリン（Ｐ）を添加した。この工程では、ゲート絶縁膜７０６を通してその下の島状半導体膜にリンを添加するために、加速電圧は８０ｋｅＶと高めに設定した。島状半導体膜に添加されるリンの濃度は、１×１０16〜１×１０19atoms/cm3の範囲にするのが好ましく、ここでは１×１０18atoms/cm3とした。そして、半導体膜にリンが添加された領域７１０、７１１が形成された。この領域の一部は、ＬＤＤ領域として機能する。(図９（Ｂ）)
【００５９】
そして、ゲート絶縁膜７０６の表面に導電層７１２を形成した。導電層７１２は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を主成分とする導電性材料を用いて形成する。そして、導電層７１２の厚さは１００〜５００ｎｍ、好ましくは１５０〜４００ｎｍで形成すれば良い。スパッタ法で作製されるＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの薄膜は大きな圧縮応力を有していた。しかし、スパッタ成膜時にＡｒガスに加えＸｅガスを添加することで効果的に応力を低減させることができた。（図９（Ｃ））
【００６０】
次に、レジストマスク７１３〜７１６を形成した。レジストマスク７１３は、ｐチャネル型ＴＦＴのゲート電極を形成するためのものであり、レジストマスク７１５、７１６は、ゲート配線およびゲートバスラインを形成するためのものである。また、レジストマスク７１４は第１の島状半導体膜７０５の全面を覆って形成され、次の工程において、不純物が添加されるのを阻止するマスクとするために設けられた。導電層７１２はドライエッチング法により不要な部分が除去され、第２のゲート電極７１７と、ゲート配線７１９と、ゲートバスライン７２０が形成された。ここで、エッチング後残渣が残っている場合には、アッシング処理すると良かった。そして、レジストマスク７１３〜７１６をそのまま残して、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される第２の島状半導体膜７０４の一部に、ｐ型を付与する不純物元素を添加して第３の不純物領域を形成した。ここではボロンをその不純物元素として、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いてイオンドープ法で添加した。ここでも加速電圧を８０ｋｅＶとして、２×１０20atoms/cm3の濃度にボロンを添加した。そして、図９（Ｄ）に示すようにボロンが高濃度に添加された第３の不純物領域７２１、７２２が形成された。
【００６１】
図９（Ｄ）で設けられたレジストマスクを除去した後、再度レジストマスク７２３〜７２５を形成した。これはｎチャネル型ＴＦＴのゲート電極を形成するためのものであり、ドライエッチング法により第１のゲート電極７２６が形成された。このとき第１のゲート電極７２６は、第２の不純物領域７１０、７１１の一部とゲート絶縁膜を介して重なるように形成された。（図９（Ｅ））
【００６２】
次に、レジストマスク７２９〜７３１を形成した。レジストマスク７３０は第１のゲート電極７２６とを覆って、さらに第２の不純物領域７１０、７１１の一部と重なる形で形成されたものである。これは、ＬＤＤ領域のオフセット量を決めるものである。そして、ｎ型を付与する不純物元素を添加して第１の不純物領域を形成する工程を行い、ソース領域となる第１の不純物領域７３２とドレイン領域となる第１の不純物領域７３３が形成された。この工程でも、第２の絶縁層７０６を通してその下の半導体層にリンを添加するために、加速電圧は８０ｋｅＶと高めに設定した。この領域のリンの濃度はｎ型を付与する第１の不純物元素を添加する工程と比較して高濃度であり、１×１０19〜１×１０21atoms/cm3とするのが好ましく、ここでは１×１０20atoms/cm3とした。（図１０（Ａ））
【００６３】
そして、ゲート絶縁膜７０６、第１および第２のゲート電極７２６、７１７、ゲート配線７２７、ゲートバスライン７２８の表面に酸化シリコン膜７３４を１０００ｎｍの厚さに形成した。その後加熱処理を行った、これは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行う必要があった。この工程は、電気加熱炉を用いた熱アニール法や、前述のエキシマレーザーを用いたレーザーアニール法や、ハロゲンランプを用いたラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行えば良い。しかし、レーザーアニール法は低い基板加熱温度で活性をすることができるが、ゲート電極の下にかくれる領域まで活性化させることは困難である。ここでは熱アニール法で活性化を行った。加熱処理は、窒素雰囲気中において３００〜６００℃、好ましくは３５０〜５５０℃、ここでは４５０℃、２時間の処理を行った。この熱処理において、窒素雰囲気中に３〜９０％の水素を添加しておいても良い。また、熱処理の後に、さらに３〜１００％の水素雰囲気中で１５０〜５００℃、好ましくは３００〜４５０℃で２〜１２時間の水素化処理の工程を行うと良い。または、１５０〜５００℃、好ましくは２００〜４５０℃の基板温度でプラズマ化させることによってできた水素で水素化処理をしても良い。いずれにしても、水素が半導体層中やその界面に残留する欠陥を補償することにより、ＴＦＴの特性を向上させることができた。
【００６４】
酸化シリコン膜７３４はその後、所定のレジストマスクを形成した後、エッチング処理によりそれぞれのＴＦＴのソース領域と、ドレイン領域に達するコンタクトホールが形成された。そして、ソース電極７３６、７３７とドレイン電極７３８を形成した。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Ａｌ膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の電極として用いた。さらにこの全面に含有窒素濃度が５atomic％から２５atomic％の酸化窒化シリコン膜７３５を形成した。この膜は圧縮応力を有していた。この状態で2回目の水素化処理を行うとＴＦＴの特性をさらに向上させることができた。ここでも、１〜５％の水素雰囲気中で３００〜４５０℃好ましくは３００〜３５０℃で１〜６時間程度加熱処理を行えば良かった。或いは、プラズマ化させることによってできた水素に晒すことにより水素化をすることができた。
【００６５】
以上のような工程を経て、第１の絶縁層は引張り応力を有した窒素リッチな酸化窒化シリコン膜７０２、酸化窒化シリコン膜７０３から形成され、第２の絶縁層は、酸化窒化シリコン膜で成るゲート絶縁膜７０６、酸化シリコン膜７３４、酸化窒化シリコン膜７３５から構成されるものであった。そしてｐチャネル型ＴＦＴは自己整合的（セルフアライン）に形成され、ｎチャネル型ＴＦＴは非自己整合的（ノンセルフアライン）に形成された。
【００６６】
ＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴにはチャネル形成領域７４２、第１の不純物領域７４５、７４６、第２の不純物領域７４３、７４４が形成された。ここで、第２の不純物領域は、ゲート電極と重なる領域（ＧＯＬＤ：Gate Overlapped Drain）７４３ａ、７４４ａと、ゲート電極と重ならない領域（ＬＤＤ領域）７４３ｂ、７４４ｂがそれぞれ形成された。そして、第１の不純物領域７４５はソース領域として、第１の不純物領域７４６はドレイン領域となった。一方、ｐチャネル型ＴＦＴは、チャネル形成領域７３９、第３の不純物領域７４０、７４１が形成された。そして、第３の不純物領域７４０はソース領域として、第３の不純物領域７４１はドレイン領域となった。（図１０（Ｂ））
【００６７】
また、図１０（Ｃ）はインバータ回路の上面図を示し、ＴＦＴ部分のＡ−Ａ'断面構造、ゲート配線部分のＢ−Ｂ'断面構造，ゲートバスライン部分のＣ−Ｃ'断面構造は、図１０（Ｂ）と対応している。本発明において、ゲート電極とゲート配線とゲートバスラインとは、第１の導電層から形成されている。図９と図１０では、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを相補的組み合わせて成るＣＭＯＳ回路を例にして示したが、ｎチャネル型ＴＦＴを用いたＮＭＯＳ回路や、液晶表示装置の画素部、ＥＬ型表示装置、イメージセンサの読み取り回路などにも本願発明を適用することもできる。
【００６８】
[実施例４]
本実施例では、本願発明の構成を図１１〜図１３を用い、画素部（画素マトリクス回路）とその周辺に設けられる駆動回路の基本形態であるＣＭＯＳ回路を同時に形成したアクティブマトリクス基板の作製方法について説明する。
【００６９】
最初に、基板１１０１上に第１の絶縁層として、窒素リッチな第１の酸化窒化シリコン膜１１０２ａを５０〜５００ｎｍ、代表的には１００ｎｍの厚さに形成し、さらに第２の酸化窒化シリコン膜１１０２ｂを１００〜５００ｎｍ、代表的には２００ｎｍの厚さに形成した。窒素リッチな第１の酸化窒化シリコン膜１１０２ａは、含有する窒素濃度を２５atomic％以上５０atomic％未満となるようにした。窒素リッチな第１の酸化窒化シリコン膜１１０２ａは、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＮＨ3から作製されたものであり、図１９で示すように引張り応力を有していた。そして、結晶化の工程、またゲッタリングの工程に伴う加熱処理に対してもその内部応力を保持していた。さらに島状の結晶質半導体膜１１０３、１１０４、１１０５と、ゲート絶縁膜１１０６を形成した。島状の結晶質半導体膜は、非晶質半導体膜から触媒元素を使用した結晶化の方法で結晶質半導体膜を形成し、これを島状に分離加工したものであった。ゲート絶縁膜１１０６は、ＳｉＨ4とＮ2Ｏとから作製される酸化窒化シリコン膜であり圧縮応力を有していた。ここでは、１０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍの厚さで形成した。（図１１（Ａ））
【００７０】
次に、島状半導体膜１１０３と、島状半導体膜１１０４、１１０５のチャネル形成領域を覆うレジストマスク１１０７〜１１１１を形成した。このとき、配線を形成する領域にもレジストマスク１１０９を形成しておいても良い。そして、ｎ型を付与する不純物元素を添加して第２の不純物領域を形成した。フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法でリン（Ｐ）を添加した。この工程では、ゲート絶縁膜１１０６を通してその下の島状半導体膜にリンを添加するために、加速電圧は６５ｋｅＶに設定した。島状半導体に添加されるリンの濃度は、１×１０16〜１×１０19atoms/cm3の範囲にするのが好ましく、ここでは１×１０18atoms/cm3とした。そして、リンが添加された領域１１１２〜１１１６が形成された。この領域の一部は、ＬＤＤ領域として機能する第２の不純物領域とされるものである。(図１１（Ｂ）)
【００７１】
その後、レジストマスクを除去して、導電層１１１７を全面に形成した。導電層１１１７は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を主成分とする導電性材料を用いる。そして、導電層１１１７の厚さは１００〜１０００ｎｍ、好ましくは１５０〜４００ｎｍで形成しておけば良い。ここではＴａをスパッタ法で、ＡｒとＸｅの混合ガスを用い形成した。（図１１（Ｃ））
【００７２】
次に、ｐチャネル型ＴＦＴのゲート電極と、ＣＭＯＳ回路および画素部のゲート配線、ゲートバスラインを形成した。ｎチャネル型ＴＦＴのゲート電極は後の工程で形成するため、導電層１１１７が島状半導体膜１１０４上の全面で残るようにレジストマスク１１１９、１１２３を形成した。導電層１１１７はドライエッチング法により不要な部分を除去した。ＴａのエッチングはＣＦ4とＯ2の混合ガスにより行われた。そして、ゲート電極１１２４と、ゲート配線１１２６、１１２８と、ゲートバスライン１１２７が形成された。そして、レジストマスク１１１８〜１１２３をそのまま残して、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される島状半導体膜１１０３の一部に、ｐ型を付与する第３の不純物元素を添加する工程を行った。ここではボロンをその不純物元素として、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いてイオンドープ法で添加した。ここでも加速電圧を８０ｋｅＶとして、２×１０20 atoms/cm3の濃度にボロンを添加した。そして、図１２（Ａ）に示すようにボロンが高濃度に添加された第３の不純物領域１１３０、１１３１が形成された。
【００７３】
図１２（Ａ）で設けられたレジストマスクを除去した後、新たにレジストマスク１１２４〜１１３０を形成した。これはｎチャネル型ＴＦＴのゲート電極を形成するためのものであり、ドライエッチング法によりゲート電極１１３１〜１１３３が形成された。このときゲート電極１１３１〜１１３３は第２の不純物領域１１１２〜１１１６の一部と重なるように形成された。（図１２（Ｂ））
【００７４】
そして、新たなレジストマスク１１３５〜１１４１を形成した。レジストマスク１１３６、１１３９、１１４０はｎチャネル型ＴＦＴのゲート電極１１３１〜１１３３と、第２の不純物領域の一部を覆う形で形成されるものであった。ここで、レジストマスク１１３６、１１３９、１１４０は、ＬＤＤ領域のオフセット量を決めるものである。そして、ｎ型を付与する不純物元素を添加して第１の不純物領域を形成する工程を行った。そして、ソース領域となる第１の不純物領域１１４３、１１４４とドレイン領域となる第１の不純物領域１１４２、１１４５、１１４６が形成された。この工程でもゲート絶縁膜１１０６を通してその下の島状半導体膜にリンを添加し、この領域のリンの濃度はｎ型を付与する第１の不純物元素を添加する工程と比較して高濃度であり、１×１０19〜１×１０21atoms/cm3とするのが好ましく、ここでは１×１０20atoms/cm3とした。このときｐチャネル型ＴＦＴのソースおよびドレイン領域の一部にもリンが添加された領域１１８０、１１８１が形成された。しかしこの領域のリン濃度はボロン濃度の約１／２であり導電型はｐ型のままである。（図１２（Ｃ））
【００７５】
図１２（Ｃ）までの工程が終了したら、酸化シリコン膜１１４７を形成した。ここではＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）を原料としてプラズマＣＶＤ法で１０００ｎｍの厚さに形成された。この状態で窒素雰囲気中で４００〜８００℃、１〜２４時間、例えば５２５℃で８時間の加熱処理を行った。この工程により添加されたｎ型及びｐ型を付与する不純物元素を活性化させることができた。さらに、リンが添加された領域１１４２〜１１４６と１１８０、１１８１がゲッタリングサイトとなり、結晶化の工程で残存していた触媒元素をこの領域に偏析させることができた。その結果、少なくともチャネル形成領域から触媒元素を除去するこができた。この熱処理の後に、さらに３〜１００％の水素雰囲気中で１５０〜５００℃、好ましくは３００〜４５０℃で２〜１２時間の水素化処理の工程を行うと良い。または、１５０〜５００℃、好ましくは２００〜４５０℃の基板温度でプラズマ化させることによってできた水素で水素化処理をしても良い。いずれにしても、水素が半導体層中やその界面に残留する欠陥を補償することにより、ＴＦＴの特性を向上させることができた。（図１３（Ａ））
【００７６】
酸化シリコン膜１１４７はその後、パターニングでそれぞれのＴＦＴのソース領域と、ドレイン領域に達するコンタクトホールが形成された。そして、ソース電極１１４９、１１５０、１１５１とドレイン電極１１５２、１１５３を形成した。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Ａｌ膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の電極として用いた。この状態で2回目の水素化処理を行うとＴＦＴの特性をさらに向上させることができた。ここでも、１〜５％の水素雰囲気中で３００〜４５０℃好ましくは３００〜３５０℃で１〜６時間程度加熱処理を行えば良かった。或いは、プラズマ化させることによってできた水素に晒すことにより水素化をすることができた。そして、酸化窒化シリコン膜１１４８を１００〜５００ｎｍ、例えば３００ｎｍの厚さに成膜した。酸化窒化シリコン膜１１４８はプラズマＣＶＤ法で形成し、図１９のデータを基にしてＳｉＨ4とＮ2ＯとＮＨ3との混合ガスから作製し、膜中の含有窒素濃度が２５atomic％未満となるように形成し、圧縮応力を持つようにした。（図１３（Ｂ））
【００７７】
以上のような工程を経て、第１の絶縁層は引張り応力を有した窒素リッチな第１の酸化窒化シリコン膜１１０２a、第２の酸化窒化シリコン膜１１０２ｂから形成され、第２の絶縁層は、酸化窒化シリコン膜で成るゲート絶縁膜１１０６、酸化シリコン膜１１４７、酸化窒化シリコン膜１１４８から構成されるものであった。そしてｐチャネル型ＴＦＴは自己整合的（セルフアライン）に形成され、ｎチャネル型ＴＦＴは非自己整合的（ノンセルフアライン）に形成された。
【００７８】
以上の工程で、ＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴにはチャネル形成領域１１５７、第１の不純物領域１１６０、１１６１、第２の不純物領域１１５８、１１５９が形成された。ここで、第２の不純物領域は、ゲート電極と重なる領域（ＧＯＬＤ領域）１１５８ａ、１１５９ａとゲート電極と重ならない領域（ＬＤＤ領域）１１５８ｂ、１１５９ｂがそれぞれ形成された。そして、第１の不純物領域１１６０はソース領域として、第１の不純物領域１１６１はドレイン領域となった。ｐチャネル型ＴＦＴは、チャネル形成領域１１５４、第３の不純物領域１１５５、１１５６が形成された。そして、第３の不純物領域１１５５はソース領域として、第３の不純物領域１１５６はドレイン領域となった。また、画素部のｎチャネル型ＴＦＴ（画素ＴＦＴ）はマルチゲート構造であり、チャネル形成領域１１６２、１１６３と第１の不純物領域１１６８、１１６９、１１４５と第２の不純物領域１１６４〜１１６７が形成された。ここで第２の不純物領域は、ゲート電極と重なる領域１１６４ａ、１１６５ａ、１１６６ａ、１１６７ａと重ならない領域１１６４ｂ、１１６５ｂ、１１６６ｂ、１１６７ｂとが形成された。
【００７９】
こうして図１３（Ｂ）に示すように、基板１１０１上にＣＭＯＳ回路と、画素部が形成されたアクティブマトリクス基板が作製された。また、画素ＴＦＴのドレイン側には、第２の不純物領域と同じ濃度でｎ型を付与する不純物元素が添加された、低濃度不純物領域１１７０、ゲート絶縁膜１１０６、保持容量電極１１７１とが形成され、画素部に設けられる保持容量が同時に形成された。
【００８０】
[実施例５]
本実施例では、実施例４で作製され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図１４を用いて説明する。図１３（Ｂ）の状態のアクティブマトリクス基板に対して、有機樹脂からなる層間絶縁膜１４０１を約１０００ｎｍの厚さに形成した。有機樹脂膜としては、ポリイミド、アクリル、ポリイミドアミド等を使用することができる。有機樹脂膜を用いることの利点は、成膜方法が簡単である点や、比誘電率が低いので、寄生容量を低減できる点、平坦性に優れる点などが上げられる。なお上述した以外の有機樹脂膜を用いることもできる。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。この有機樹脂膜の内部応力は約１×108Pa程度であり、その絶対値からみても応力バランスを考慮する上でさほど問題とならなかった。そして層間絶縁膜１４０１にドレイン電極１１５３に達するコンタクトホールを形成し、画素電極１４０２を形成した。画素電極１４０２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、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。ここ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）膜を１００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成した。（図１４（Ａ））
【００８１】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、配向膜１５０１を層間絶縁膜１４０１と画素電極１４０２との表面に形成する。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。対向側の基板１５０２には、透明導電膜１５０３と、配向膜１５０４とを形成した。配向膜は形成された後、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平行配向するようにした。上記の工程を経て、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（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１５０５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止した。よって図１４（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成した。
【００８２】
次に本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図１５と図１６を用いて説明する。図１５は本実施例のアクティブマトリクス基板の斜視図である。アクティブマトリクス基板は、ガラス基板１１０１上に形成された、画素部１６０１と、走査（ゲート）線駆動回路１６０２と、信号(ソース)線駆動回路１６０３で構成される。画素部の画素ＴＦＴ１６００はｎチャネル型ＴＦＴであり、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（ゲート）線駆動回路１６０２と、信号（ソース）線駆動回路１６０３はそれぞれゲート配線１７０３とソース配線１７０４で画素部１６０１に接続されている。
【００８３】
図１６（Ａ）は画素部１６０１の上面図であり、ほぼ１画素の上面図である。画素部にはｎチャネル型の画素ＴＦＴが設けられている。ゲート配線１７０３に連続して形成されるゲート電極１７０２は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層１７０１と交差している。図示はしていないが、半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、第１の不純物領域が形成されている。また、画素ＴＦＴのドレイン側には、半導体層と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と同じ材料で形成された電極とから、保持容量１７０７が形成されている。また、図１６（Ａ）で示すＡ−Ａ'に沿った断面構造は、図１４（Ｂ）に示す画素部の断面図に対応している。一方、図１６（Ｂ）に示すＣＭＯＳ回路では、ゲート配線１１２６から延在するゲート電極１１２４、１１３１が、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層１１０３、１１０４とそれぞれ交差している。図示はしていないが、同様にｎチャネル型ＴＦＴの半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、ｐチャネル型ＴＦＴの半導体層にはソース領域とドレイン領域が形成されている。そして、その位置関係は、Ｂ―Ｂ'に沿った断面構造は、図１４（Ｂ）に示す画素部の断面図に対応している。
【００８４】
本実施例では、画素ＴＦＴ１６００をダブルゲートの構造としているが、シングルゲートの構造でも良いし、トリプルゲートとしたマルチゲート構造にしても構わない。本実施例のアクティブマトリクス基板の構造は、本実施例の構造に限定されるものではない。本願発明の構造は、ゲート電極の構造と、ゲート絶縁膜を介して設けられた半導体層のソース領域と、ドレイン領域と、その他の不純物領域の構成に特徴があるので、それ以外の構成については実施者が適宣決定すれば良い。
【００８５】
[実施例６]
本実施例では、第１の絶縁層および活性層となる半導体膜の基本的な作製方法について示す。図２１において基板２１０１はガラス基板、セラミクス基板、石英基板などを用いることができる。また、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などの絶縁膜を表面に形成したシリコン基板やステンレスに代表される金属基板を用いても良い。ガラス基板を用いる場合には、歪み点以下の温度で予め加熱処理しておくことが望ましい。例えば、コーニング社の＃１７３７基板を用いる場合には、５００〜６５０℃、好ましくは５９５〜６４５℃で１〜２４時間の加熱処理をしておくと良い。
【００８６】
そして、基板２１０１の主表面に、第１の絶縁層２１０２を形成した。ここでは、引張り応力を有する酸化窒化２１０２aと、酸化窒化シリコン膜２１０２ｂを形成した。第１の絶縁層は引張り応力を有した膜であれば良く、その他にも窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化タンタル膜から選ばれた一層もしくは複数の層で形成すると良い。これらの膜は公知のプラズマＣＶＤ法やスパッタ法で形成すれば良い。そして、酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、２０〜１００ｎｍ、代表的には５０ｎｍの厚さに形成すれば良い。また、この窒化シリコン膜の上に酸化窒化シリコン膜を５０〜５００ｎｍ、代表的には５０〜２００ｎｍの厚さに形成しても良い。そして、第１の絶縁層の上に非晶質半導体層２１０３を形成した。これはプラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、スパッタ法などの成膜法で形成される非晶質半導体であれば良く、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またシリコンゲルマニウム合金、炭化シリコンがあり、その他にガリウム砒素などの化合物半導体材料を用いることができる。半導体層は１０〜１００ｎｍ、代表的には５０ｎｍの厚さとして形成した。また、第１の絶縁層と非晶質半導体層２１０３とをプラズマＣＶＤ法やスパッタ法で連続形成することも可能である。それぞれの層が形成された後、その表面が大気雰囲気に触れないことにより、その表面の汚染を防ぐことができる。（図２１（Ａ））
【００８７】
次に結晶化の工程を行った。非晶質半導体層を結晶化する工程は、公知のレーザーアニール法または熱アニール法の技術を用いれば良い。いずれにしても、非晶質状態から結晶質状態に半導体層が相変化するに伴って、緻密化し体積収縮が起こるので、結晶質半導体層２１０４には引張り応力が発生した。また、プラズマＣＶＤ法で作製される非晶質半導体層には１０〜４０atomic％の割合で膜中に水素が含まれていて、結晶化の工程に先立って４００〜５００℃の熱処理の工程を行い水素を膜中から脱離させて含有水素量を５atomic％以下としておくことが望ましかった。水素が放出されると結果的に引張り応力が発生した。（図２１（Ｂ））
【００８８】
そして、結晶質半導体層２１０４に接して圧縮応力を有する第２の絶縁層２１０５を形成した。第２の絶縁層２１０５には、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化タンタルから選ばれた一層もしくは複数の層から形成することができる。第２の絶縁層２１０５の厚さは１０〜１０００ｎｍ、好ましくは５０〜４００ｎｍとして形成すれば良い。（図２１（Ｃ））
【００８９】
第１の絶縁層２１０２と、第２の絶縁層２１０５に適用される窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化タンタル膜は、その作製条件によって引張り応力と圧縮応力との両方の状態の応力を持たせることが可能であった。そのためには、使用するガスの混合比や成膜時の基板温度、また成膜速度などを適宣決定すれば良かった。このような作製条件は使用する個々の装置により異なっていた。また、圧縮応力を有した膜を加熱処理の工程を加えることにより、引張り応力を有する膜に変換することもできた。非晶質半導体層から体積収縮を伴って作製される結晶質半導体層は、１×１０8〜１×１０9Paの引張り応力を有していた。このような結晶質半導体層に対して第１の絶縁層および第２の絶縁層が有する内部応力の絶対値の差は５×１０9Pa以下とすることが望ましかった。以上のように、引張り応力を有する第１の絶縁層２１０２と、圧縮応力を有する第２の絶縁層２１０５とに密接して、引張り応力を有する結晶質半導体層２１０４を設ける構成として、さらに、公知の技術を用いてＴＦＴを作製し、結晶質半導体層２１０３が活性層となるようにすれば、良好な特性を得ることができた。このとき、積層された結晶質半導体層と絶縁層の内部応力の合計が、絶対値で１×１０9Pa以下となるようにすることが好ましかった。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴで電界効果移動度を１００cm2/V・sec以上とすることもできた。また、熱や電圧印加によるストレスの耐性をも向上させることができた。
【００９０】
図２２は他の実施例を示すものであり、基板２２０１の主表面に、第１の絶縁層２２０２として引張り応力を有する窒素リッチの酸化窒化シリコン膜２２０２ａと酸化窒化シリコン膜２２０２ｂとが形成されている。そして、図２１と同様に第１の絶縁層の表面に非晶質半導体層２２０３を形成した。非晶質半導体層の厚さは、１０〜２００ｎｍ、好ましくは３０〜１００ｎｍに形成すれば良い。さらに、重量換算で１０ｐｐｍの触媒元素を含む水溶液をスピンコート法で塗布して、触媒元素含有層２２０４を非晶質半導体層２２０３の全面に形成した。ここで使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以外にも、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）、といった元素であった。非晶質半導体層の内部応力は、作製条件により一様に決まるものではなかった。しかし、結晶化の工程に先立って４００〜６００℃の熱処理の工程を行い水素を膜中から脱離させると引張り応力が発生した。同時に、第１の絶縁層からも水素が脱離するので、やはり引張り応力が強められた。（図２２（Ａ））
【００９１】
そして、５００〜６００℃で４〜１２時間、例えば５５０℃で8時間の熱処理を行う結晶化の工程を行い結晶質半導体層２２０５が形成された。(図２２（Ｂ）)
【００９２】
次に、結晶化の工程で用いた触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程を行った。その方法としてここでは特開平１０−２４７７３５号公報、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た。同公報に記載された技術は、リンのゲッタリング作用を用いて除去する技術である。このゲッタリングの工程により結晶質半導体膜中の触媒元素の濃度を１×１０17atms/cm3以下、好ましくは１×１０16atoms/cm3にまで低減することができた。まず、結晶質半導体層２２０５の表面にマスク絶縁膜２２０６を１５０ｎｍの厚さに形成し、パターニングにより開口部２２０７が設けられ、結晶質半導体層を露出させた領域を設けた。そして、リンを添加する工程を実施して、結晶質半導体層にリン含有領域２２０８を設けた。（図２２（Ｃ））
【００９３】
この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行うと、リン含有領域２２０８がゲッタリングサイトとして働き、結晶質半導体層２２０５に残存していた触媒元素をリン含有領域２２０８に偏析させることができた。（図２２（Ｄ））
【００９４】
そして、マスク絶縁膜２２０６と、リン含有領域２２０８とをエッチングして除去することにより、結晶化の工程で使用した触媒元素の濃度を１×１０17atoms/cm3以下にまで低減された結晶質半導体層を得ることができた。そして、結晶質半導体層２２０９に密接して圧縮応力を有する第２の絶縁層２２１０を形成した。第２の絶縁層２２１０には、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化タンタルから選ばれた一層もしくは複数の層から形成することができる。第２の絶縁層２２１０の厚さは１０〜１０００ｎｍ、好ましくは５０〜４００ｎｍとして形成すれば良い。（図２２（Ｅ））
【００９５】
以上のように、引張り応力を有する第１の絶縁層２２０２と、圧縮応力を有する第２の絶縁層２２１０とに密接して、引張り応力を有する結晶質半導体層２２０９を設ける構成として、その後、公知の技術を用いて結晶質半導体層２２０９を活性層とするＴＦＴを作製すれば、良好な特性を得ることができた。このとき、積層された結晶質半導体層と絶縁層の内部応力の合計が、絶対値で１×１０10Pa以下となるようにすることが好ましかった。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴで電界効果移動度を２００cm2/V・sec以上とすることもできた。
【００９６】
また、図２３は、基板２３０１の主表面に、２３０２ａと２３０２ｂの２層から成る引張り応力を有する第１の絶縁層２３０２、非晶質半導体層２３０３を形成した。そして、非晶質半導体層２３０３の表面にマスク絶縁膜２３０４を形成した。この時、マスク絶縁膜２３０４の厚さは１５０ｎｍとした。さらに、マスク絶縁膜２３０４をパターニングして、選択的に開口部２３０５を形成し、その後、重量換算で１０ｐｐｍの触媒元素を含む水溶液を塗布した。これにより、触媒元素含有層２３０６が形成された。触媒元素含有層２３０６は開口部２３０５のみで非晶質半導体層２３０３と接触した。（図２３（Ａ））
【００９７】
次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の熱処理を行い、結晶質半導体層２３０７を形成した。この結晶化の過程では、触媒元素が接した非晶質半導体層の領域が最初に結晶化し、そこから横方向へと結晶化が進行した。こうして形成された結晶質半導体層２３０７は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性が揃っているという利点があった。(図２３（Ｂ）)
【００９８】
次に、図２２と同様に結晶化の工程で用いた触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程を行った。図２３（Ｂ）と同じ状態の基板に対し、リンを添加する工程を実施して、結晶質半導体層にリン含有領域２３０９を設けた。この領域のリンの含有量は１×１０19〜１×１０21／cm3とした（図２３（Ｃ））。この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行うと、リン含有領域２３０９がゲッタリングサイトとして働き、結晶質半導体層２３０７に残存していた触媒元素をリン含有領域２３０９に偏析させることができた。（図２３（Ｄ））
【００９９】
そして、マスク絶縁膜と、リン含有領域２３０９とをエッチングして除去して、島状の結晶質半導体層２３１０を形成した。そして、結晶質半導体層２３１０に密接して圧縮応力を有する第２の絶縁層２３１１を形成した。第２の絶縁層２３１１には、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選ばれた一層もしくは複数の層から形成した。第２の絶縁層２３１１の厚さは１０〜１００ｎｍ、好ましくは５０〜８０ｎｍとして形成すれば良い。そして、ハロゲン（代表的には塩素）と酸素を含む雰囲気中で熱処理を行った。例えば、９５０℃、３０分とした。尚、処理温度は７００〜１１００℃の範囲で選択すれば良く、処理時間も１０分から８時間の間で選択すれば良かった。その結果、結晶質半導体層２３１０と第２の絶縁層２３１１との界面で熱酸化膜が形成され、第２の絶縁層２３１１の体積がさらに増加し、結晶質半導体層に対する圧縮応力もさらに増加した。（図２３（Ｅ））
【０１００】
以上のように、引張り応力を有する第１の絶縁層２３０２と、圧縮応力を有する第２の絶縁層２３１１とに密接して、引張り応力を有する結晶質半導体層２３１０を設ける構成として、その後、公知の技術を用いて結晶質半導体層２３１０を活性層とするＴＦＴを作製すれば、きわめて優れた特性を得ることができた。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴで電界効果移動度を２００cm2/V・sec以上とすることもできた。
【０１０１】
また、図２４において、図２２ど同様に第１の絶縁層２４０２および結晶質半導体層２４０５を形成した後、結晶質半導体層２４０５中に残存する触媒元素を液相中でゲッタリングすることもできる。例えば、溶液として硫酸を用い、３００〜５００℃に加熱された硫酸溶液中に図２４（Ｂ）の状態の基板をディップすることによりゲッタリングすることが可能であり、結晶質半導体層２４０５中に残存する触媒元素を除去することができた。その他にも硝酸溶液、王水溶液、錫溶液を用いても良い。そしてその後、島状半導体層２４０９、第２の絶縁層２４１０を形成した。
【０１０２】
[実施例７]
本実施例では、本発明のＴＦＴ回路によるアクティブマトリクス型液晶表示装置を組み込んだ半導体装置について図２５、図３２、図３３で説明する。
【０１０３】
このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図２５と図３２に示す。
【０１０４】
図２５（Ａ）は携帯電話であり、本体９００１、音声出力部９００２、音声入力部９００３、表示装置９００４、操作スイッチ９００５、アンテナ９００６から構成されている。本願発明は音声出力部９００２、音声入力部９００３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９００４に適用することができる。
【０１０５】
図２５（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。本願発明は音声入力部９１０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９１０２、受像部９１０６に適用することができる。
【０１０６】
図２５（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成されている。本願発明は受像部９２０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９２０５に適用することができる。
【０１０７】
図２５（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体９３０１、表示装置９３０２、アーム部９３０３で構成される。本願発明は表示装置９３０２に適用することができる。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
【０１０８】
図２５（Ｅ）はリア型プロジェクターであり、本体９４０１、光源９４０２、表示装置９４０３、偏光ビームスプリッタ９４０４、リフレクター９４０５、９４０６、スクリーン９４０７で構成される。本発明は表示装置９４０３に適用することができる。
【０１０９】
図２５（Ｆ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示装置９５０２、９５０３は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用することができる。
【０１１０】
図３２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。
【０１１１】
図３２（Ｂ）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９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体として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。
【０１１２】
図３２（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体９８０１、表示装置９８０２、接眼部９８０３、操作スイッチ９８０４、受像部（図示しない）で構成される。
【０１１３】
図３３（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で構成される。本発明は投射装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１１４】
図３３（Ｂ）は別の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で構成される。本発明は投射装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１１５】
なお、図３３（Ｃ）は、図３３（Ａ）及び図３３（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３３（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。
【０１１６】
また、図３３（Ｄ）は、図３３（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３３（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。
【０１１７】
また、本発明はその他にも、イメージセンサやＥＬ型表示素子に適用することも可能である。このように、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【０１１８】
[実施例８]
実施例５で示した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。
【０１１９】
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２６に示す。図２６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２６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。
【０１２０】
図２６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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
[実施例９]
本実施例では、実施例４と構成の異なるアクティブマトリクス基板の例について図３１を用いて説明する。まず、実施例５に従い、図１１（Ａ）から図１２（Ｃ）までの工程を行う。
【０１２５】
図１２（Ｃ）までの工程が終了したら、第１の層間絶縁膜３１４７、３１４８を形成する工程を行った。最初に窒化シリコン膜３１４７を５０ｎｍの厚さに成膜した。窒化シリコン膜３１４７はプラズマＣＶＤ法で形成し、高周波電力を変化させて成膜速度を制御することにより圧縮応力を付与することができた。そして、酸化窒化シリコン膜３１４８はＳｉＨ4とＮ2Ｏとの混合ガスから９５０ｎｍの厚さに成膜した。
【０１２６】
そして、熱処理の工程を行った。熱処理の工程は、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行う必要があった。ここでは熱アニール法で活性化の工程を行った。加熱処理は、窒素雰囲気中において３００〜７００℃、好ましくは３５０〜５５０℃、ここでは４５０℃、２時間の処理を行った。
【０１２７】
第１の層間絶縁膜３１４７、３１４８はその後、パターニングでそれぞれのＴＦＴのソース領域と、ドレイン領域に達するコンタクトホールが形成された。そして、ソース電極３１４９、３１５０、３１５１とドレイン電極３１５２、３１５３を形成した。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Ａｌ膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の電極として用いた。
【０１２８】
以上の工程で、ＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴにはチャネル形成領域３１５７、第１の不純物領域３１６０、３１６１、第２の不純物領域３１５８、３１５９が形成された。ここで、第２の不純物領域は、ゲート電極と重なる領域（ＧＯＬＤ領域）３１５８ａ、３１５９ａ、ゲート電極と重ならない領域（ＬＤＤ領域）３１５８ｂ、３１５９ｂがそれぞれ形成された。そして、第１の不純物領域３１６０はソース領域として、第１の不純物領域３１６１はドレイン領域となった。
【０１２９】
ｐチャネル型ＴＦＴは、チャネル形成領域３１５４、第３の不純物領域３１５５、３１５６が形成された。そして、第３の不純物領域３１５５はソース領域として、第３の不純物領域３１５６はドレイン領域となった。
【０１３０】
また、画素ＴＦＴはマルチゲート構造であり、チャネル形成領域３１６２、３１６３と第１の不純物領域３１６８、３１６９、３１４５と第２の不純物領域３１６４〜３１６７が形成された。ここで第２の不純物領域は、ゲート電極と重なる領域３１６４ａ、３１６５ａ、３１６６ａ、３１６７ａと重ならない領域３１６４ｂ、３１６５ｂ、３１６６ｂ、３１６７ｂとが形成された。
【０１３１】
こうして図３１に示すように、基板３１０１上にＣＭＯＳ回路と、画素部が形成されたアクティブマトリクス基板が作製された。また、画素ＴＦＴのドレイン側には、第２の不純物領域と同じ濃度でｎ型を付与する不純物元素が添加された、低濃度不純物領域３１７０、ゲート絶縁膜３１０６、保持容量電極３１７１とが形成され、画素部に設けられる保持容量が同時に形成された。
【０１３２】
本実施例のように、第１の層間絶縁膜に窒化シリコン膜から成る層を設けることでより効果的に圧縮応力を付与することができる。しかし、窒化シリコン膜は５００ｎｍ以下の短波長光の透過率が低下するので、あまり厚く形成すると画素部において透過率が低下し好ましくない。従って、第１の層間絶縁膜の窒化シリコン膜は２０〜１００ｎｍ、好ましくは３０〜６０ｎｍの厚さで形成する。
【０１３３】
[実施例１０]
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）表示パネル（ＥＬ表示装置ともいう）を作製した例について説明する。図２７（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示パネルの上面図である。図２７（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１２はデータ線側駆動回路、１３は走査線側駆動回路であり、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。
【０１３４】
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シール材１９を設ける。そして、対向板８０で封止する。対向板８０はガラス板またはプラスチック板を用いても良い。シール１９の外側にはさらに接着剤８１が設けられ、基板１０と対向板８０とを強固に接着すると共に、貼合わせ端面からの水分などが侵入して内部の素子が腐蝕することを防ぐ。こうして基板１０と対向板８０との間に密閉空間を形成する。このとき、ＥＬ素子は完全に前記密閉空間に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。さらに、基板１０と対向板８０との間には封止樹脂８３が充填されている。封止樹脂８３にはシリコーン系、エポキシ系、アクリル系、フェノール系などから選ばれた有機樹脂材料を用いる。これによりＥＬ素子の水分等による劣化を防ぐ効果を向上させる。
【０１３５】
また、図２７（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示パネルの断面構造であり、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。駆動回路用ＴＦＴ２２としては、実施例５において図１３（Ｂ）で示したＣＭＯＳ回路用のｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型ＴＦＴを用いれば良い。また、画素部用ＴＦＴ２３には図１３（Ｂ）に示した画素ＴＦＴを用いれば良い。
【０１３６】
駆動回路用ＴＦＴ２２、画素部用ＴＦＴ２３上には樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６、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。
【０１３７】
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。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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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を連続成膜するか、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。
【０１４０】
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、導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。
【０１４１】
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。
【０１４２】
また、配線１６はシール１９と基板１０との間を隙間（但し接着剤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１８の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１４３】
以上のような構成でなるＥＬ表示パネルにおいて、本願発明を用いることができる。ここで画素部のさらに詳細な断面構造の一例を図２８（Ａ）に、上面構造を図２９（Ａ）に、回路図を図２９（Ｂ）に示す。図２８（Ａ）、図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）では共通の符号を用いるので互いに参照すれば良い。尚、図２８（Ａ）、図２９（Ａ）、（Ｂ）は画素部の一例であるので、この構造に限定される訳ではない。
【０１４４】
図２８（Ａ）において、基板２４０１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ２４０２は本発明（例えば、図１３で示す）のｎチャネル型ＴＦＴを用いて形成される。本実施例ではダブルゲート構造としているが、構造及び作製プロセスに大きな違いはないので説明は省略する。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。なお、本実施例ではダブルゲート構造としているが、シングルゲート構造でも構わないし、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。或いは、また、本発明のｐチャネル型ＴＦＴを用いて形成しても構わない。
【０１４５】
また、電流制御用ＴＦＴ２４０３は本願発明のｎチャネル型ＴＦＴを用いて形成される。このとき、スイッチング用ＴＦＴ２４０２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ＴＦＴ２４０２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。
【０１４６】
電流制御用ＴＦＴ２４０３のしきい値電圧、オン電流、サブスレッショルド定数（Ｓ値）など特性が個々の画素毎にばらつくと、電流制御で駆動するＥＬ素子の発光強度がばらつき、即ち画像表示に乱れを生じさせてしまう。ばらつきを低減させ、しきい値電圧などを所定の範囲内とするには本発明のように応力バランスを考慮したＴＦＴ構造を用いることが必要となる。また、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オーバーラップするようにＬＤＤ領域を設ける構造が必要となる。
【０１４７】
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。このように、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は実施例３または実施例４、または実施例９に記載のＴＦＴを用いると良好な特性が得られる。或いは、図示しないが、実施例１または実施例２で示した逆スタガ型のＴＦＴを本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置に当てはめても良い。
【０１４８】
また、図２９（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のドレイン配線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、ドレイン配線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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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４４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。尚、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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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２９（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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
以上のように本願発明のＥＬ表示パネルは図２８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。尚、本実施例の構成は、実施例７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。
【０１５８】
［実施例１１］
本実施例では、実施例１０に示した画素部において、ＥＬ素子２４０５の構造を反転させた構造について説明する。説明には図２８（Ｂ）を用いる。なお、図２８（Ａ）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。
【０１５９】
図２８（Ｂ）において、電流制御用ＴＦＴ２６０１は本願発明のｐチャネル型ＴＦＴを用いて形成される。作製プロセスは実施例３、４、９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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。尚、本実施例の構成は、実施例１〜４、９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７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。
【０１６２】
［実施例１２］
本実施例では、図２９（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３０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。
【０１６３】
図３０（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。
【０１６４】
また、図３０（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３０（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。
【０１６５】
また、図３０（Ｃ）は、図３０（Ｂ）の構造と同様に電流供給線２７０８をゲート配線２７０３ａ、２７０３ｂ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２７０３ａ、２７０３ｂ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。尚、本実施例の構成は、実施例１０または１１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１０の電子機器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。
【０１６６】
［実施例１３］
実施例１０に示した図２９（Ａ）、図２９（Ｂ）では電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲートにかかる電圧を保持するためにコンデンサ２４０４を設ける構造としているが、コンデンサ２４０４を省略することも可能である。
【０１６７】
実施例１０の場合、電流制御用ＴＦＴ２４０３として図２８（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。
【０１６８】
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。また、図３０（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。尚、本実施例の構成は、実施例１〜４、９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７の電子機器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。
【０１６９】
【発明の効果】
以上説明したように、基板上に形成された半導体膜を活性層とした半導体装置において、前記半導体膜と、該半導体膜に対し基板側に設けられる第１の絶縁層と基板側とは反対側に設けられる第２の絶縁層との間で応力バランスを考慮することにより、活性層中および活性層に接する絶縁層との界面における歪み、または欠陥の生成を低減することができる。その結果、高い電界効果移動度が得られ、また、熱や電界によるストレスの耐性をも向上させることにより高信頼性を有する半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態のＴＦＴの断面図。
【図２】  本実施形態のＴＦＴの断面図。
【図３】  薄膜の内部応力の定義を説明する図。
【図４】  本発明の応力バランスの概念を説明する図。
【図５】  ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図６】  ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図７】  ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図８】  ＣＭＯＳ回路の上面図、断面図、回路図。
【図９】  ＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】  ＴＦＴの作製工程を示す断面図、ＣＭＯＳ回路の上面図。
【図１１】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。
【図１２】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。
【図１３】  アクティブマトリクス基板の断面図。
【図１４】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１５】  アクティブマトリクス基板の斜視図。
【図１６】  画素部の上面図、ＣＭＯＳ回路の上面図。
【図１７】  窒化シリコン膜の内部応力の特性図。
【図１８】  酸化窒化シリコン膜の内部応力の特性図。
【図１９】  酸化窒化シリコン膜の内部応力の特性図。
【図２０】  酸化窒化シリコン膜の含有水素濃度の熱処理による変化を説明する特性図。
【図２１】  本発明の実施例を説明する図。
【図２２】  本発明の実施例を説明する図。
【図２３】  本発明の実施例を説明する図。
【図２４】  本発明の実施例を説明する図。
【図２５】  半導体装置の一例を示す図。
【図２６】  反強誘電性混合液晶の光透過率特性の一例を示す図。
【図２７】  ＥＬ表示装置の構造を示す上面図及び断面図。
【図２８】  ＥＬ表示装置の画素部の断面図。
【図２９】  ＥＬ表示装置の画素部の上面図と回路図。
【図３０】  ＥＬ表示装置の画素部の回路図の例。
【図３１】  半導体装置の一例を示す図。
【図３２】  半導体装置の一例を示す図。
【図３３】  半導体装置の一例を示す図。
【符号の説明】
６０１  基板
６０３ａ、６０３ｂ  第１の絶縁層
６０５  結晶質半導体層
６１１  第２の絶縁層
９０３、９０４  第１の絶縁層
９０８  第２の絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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