(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に非晶質材料を堆積するステップと、
互いにほぼ平行に延伸する第１の長手方向線および第２の長手方向線と、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線のそれぞれの一端において、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線が互いに向かい合う方向へ、９０度より大きな角度で屈折するようにそれぞれ繋がっている第１の傾斜方向線および第２の傾斜方向線と、前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線のそれぞれの他端において、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線が互いに向かい合う方向へ、９０度より大きな角度で屈折するようにそれぞれ繋がっている第３の傾斜方向線および第４の傾斜方向線とによって囲まれエネルギー線を透過する透過領域並びに、前記透過領域の周囲においてエネルギー線を遮断する遮断領域を備え、
前記第１および第２の長手方向線が延伸する方向の前記透過領域の長さは、前記第１および第２の長手方向線が延伸する方向に対して垂直な方向の前記透過領域の長さよりも長いフォトマスクを使用し、エネルギー線を照射して前記非晶質材料を前記多結晶材料へ変質させる変質ステップであって、
前記透過領域を通過しエネルギー線が前記非晶質材料に照射されたときに該非晶質材料の表面に投射される平面パターンの長手方向に対して垂直な方向へ前記透明基板を一定間隔移動させる移動ステップ、並びに、該移動ステップごとに前記エネルギー線を前記非晶質材料へ照射する照射ステップを含む変質ステップとを備え、
前記第１の傾斜方向線および前記第２の傾斜方向線は、前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線よりも短く、
前記第３の傾斜方向線および前記第４の傾斜方向線は、前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線よりも短いことを特徴とするアレイ基板を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイ基板を製造する方法およびフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示素子（以下、ＬＣＤともいう）は、パーソナルコンピュータ、投影型テレビ、小型テレビ、携帯情報端末などに広く利用されている。現在のＬＣＤにおいては、画素ごとに半導体素子である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ともいう）を設けたアクティブマトリクス型ＬＣＤが主流となっている。
【０００３】
アクティブマトリクス型ＬＣＤは、表示電極を有するアレイ基板と表示電極に対向する共通電極を有するフィルタ基板との間に液晶を封止した構成を有する。アレイ基板としては、ＴＦＴがマトリックス状に形成されているＴＦＴアレイ基板が頻繁に使用される。ＴＦＴアレイ基板には、ＴＦＴのソースと接続されている複数の信号線とＴＦＴのゲートと接続されている複数の走査線とが格子状に形成される。ＴＥＴの活性層としては、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）または多結晶シリコン（ポリシリコン）が使用される。
【０００４】
半導体材料としてアモルファスシリコンよりも移動度が大きいポリシリコンを採用することにより、画像を表示するための駆動回路の一部をアレイ基板上に形成できる。それによって、従来においては、セルパネルに外付けしていた部品が不要となり、製造コストが削減され、ＬＣＤディスプレイの外枠を小さくできるようになった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
より多くの駆動回路をアレイ基板上に作り込むことにより、よりコストが削減され、高機能にすることができる。
【０００６】
しかし、現在実用化されているポリシリコンを半導体材料としたアレイ基板に搭載することのできる駆動回路の数はまだ限られている。よって、アレイ基板に搭載しきれないその他の回路は依然としてアレイ基板に外付けされる。
【０００７】
多くの駆動回路をアレイ基板上に作り込むためには、ポリシリコンの移動度を高めることが好ましい。ポリシリコンの移動度を向上させるためには、ポリシリコンの結晶粒の粒径を大きくすることが考えられる。
【０００８】
ポリシリコンの結晶粒の粒径を大きくする手段として、アモルファスシリコン膜にレーザ光等のエネルギー線を照射し、固体／液体の界面を生じさせ、この界面における温度勾配を利用して結晶をアレイ基板と平行に横方向成長させる方法がある。これはラテラル成長法と言われている。
【０００９】
ラテラル成長法は、例えば、フォトマスクを介してレーザ光等のエネルギー線を基板上の初期膜に照射する。この場合、結晶成長の方向は、フォトマスクにより形成されるエネルギー線の形状に依存する。
【００１０】
図７（Ａ）は、従来のフォトマスク１００の部分的拡大図である。フォトマスク１００は矩形の透過領域１０と遮断領域２０とからなる。開口部１０を通過したエネルギー線はアモルファスシリコン（またはポリシリコン）を溶融する。エネルギー線の照射が終了すると、シリコンの固体と液体の界面（以下、固液界面とも言う）から内側へ向かって結晶が成長する。
【００１１】
図７（Ｂ）は、エネルギー線を照射した後のポリシリコンの各結晶粒の拡大平面図である。ラテラル成長法においては、固液界面から結晶が成長するので、透過領域１０の傾斜方向線と長手方向線とでは結晶成長の方向が異なる。従って、透過領域１０の傾斜方向線から成長した結晶粒３０と長手方向線から成長した結晶粒４０とはそれぞれの結晶粒の長手方向が異なる。特に、従来から透過領域１０は矩形であったため、結晶粒３０と結晶粒４０との長手方向は９０度近傍の角度で交わっていた。
【００１２】
図８は、従来のポリシリコンを活性層５０として使用してＴＦＴ６０、７０、８０および９０を形成したときの配置を模式的に示した平面図である。ＴＦＴ６０、７０、８０および９０はそれぞれゲート電極１１０、ソース電極１２０およびドレイン電極１３０を備えている。
【００１３】
ゲート電極１１０に電圧を印加することにより、ＴＦＴがＯＮになる。即ち、ゲート電極１１０の下にある活性層が反転してチャネルが形成される。このチャネルによってソース電極１２０とドレイン電極１３０との間を電流が流れることができる。
【００１４】
ＴＦＴ６０、７０、８０および９０がＯＦＦのときには、ソース電極１２０とドレイン電極１３０との間にリークする電流は少ない方がよい。一方で、ＴＦＴ６０、７０、８０および９０がＯＮのときには、ソース電極１２０とドレイン電極１３０との間の抵抗値（以下、ＯＮ抵抗という）は低い方がよい。また、ＴＦＴ６０、７０、８０および９０は一定の性能を有することが望ましい。
【００１５】
一般に、ＴＦＴのキャリアの流れる方向とポリシリコンの結晶粒の長手方向とがほぼ一致するときに、キャリアの移動度が高くなる。キャリアの移動度が高くなると、ＯＮ抵抗が低くなる。一方で、キャリアの流れる方向が結晶粒の長手方向に対して９０度に近づくほど、キャリアの移動度が低くなってしまう。キャリアが通過する粒界の数が多くなり、散乱されるキャリアが多くなってしまうからである。
【００１６】
従来のポリシリコンの活性層５０には、フォトマスク１００の透過領域１０によって、結晶粒３０と結晶粒４０との各結晶粒の長手方向がほぼ９０度に直交してしまう。従って、活性層５０に形成されたＴＦＴ６０、７０、８０および９０のうち、ＴＦＴ６０、７０および８０のキャリア移動度は比較的高いが、ＴＦＴ９０のキャリア移動度は比較的低くなってしまうという問題があった。
【００１７】
また、ＴＦＴ６０、７０、８０および９０は一定の性能を有することができないという問題があった。
【００１８】
これらの問題を回避するためには、結晶粒３０が存在する領域にＴＦＴを形成することができないという設計における制約が生じる。また、結晶粒３０が存在する領域にＴＦＴが形成されることを回避するために、製造工程に位置合わせ工程を追加する必要があるという他の問題が生じる。
【００１９】
従って、本発明の目的は、ＴＦＴ製造工程における設計を制約することなく、かつ追加の工程を付加することなしに、キャリア移動度が高く一定の性能を有する複数のＴＦＴを形成することができる活性層を形成するためのフォトマスクを提供することである。
【００２０】
また、本発明の目的は、ＴＦＴ製造工程における設計を制約することなく、追加の工程を付加することなしに、キャリア移動度が高く一定の性能を有するＴＦＴを備えたアレイ基板の製造方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った実施の形態によるアレイ基板の製造方法は、透明基板上に非晶質材料を堆積するステップと、
互いにほぼ平行に延伸する第１の長手方向線および第２の長手方向線と、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線のそれぞれの一端において、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線が互いに向かい合う方向へ、９０度より大きな角度で屈折するようにそれぞれ繋がっている第１の傾斜方向線および第２の傾斜方向線と、前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線のそれぞれの他端において、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線が互いに向かい合う方向へ、９０度より大きな角度で屈折するようにそれぞれ繋がっている第３の傾斜方向線および第４の傾斜方向線とによって囲まれ、エネルギー線を透過する透過領域、並びに、前記透過領域の周囲においてエネルギー線を遮断する遮断領域を備え、
前記第１および第２の長手方向線が延伸する方向の前記透過領域の長さは、前記第１および第２の長手方向線が延伸する方向に対して垂直な方向の前記透過領域の長さよりも長いフォトマスクを使用し、エネルギー線を照射して前記非晶質材料を前記多結晶材料へ変質させる変質ステップであって、
前記透過領域を通過したエネルギー線が前記非晶質材料に照射されたときに該非晶質材料の表面に投射される平面パターンの長手方向に対して垂直な方向へ前記透明基板を一定間隔移動させる移動ステップ、並びに、該移動ステップごとに前記エネルギー線を前記非晶質材料へ照射する照射ステップを含む変質ステップと、を備えたアレイ基板を製造する方法。
好ましくは、前記第１の傾斜方向線および前記第２の傾斜方向線は、前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線よりも短く、前記第３の傾斜方向線および前記第４の傾斜方向線は、前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線よりも短い。
好ましくは、前記第１の長手方向線の長さおよび前記第２の長手方向線の長さがほぼ等しい。
好ましくは、前記透過領域は前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線の中心線を境に対称な形状である。
好ましくは、前記第１の傾斜方向線、前記第２の傾斜方向線、前記第３の傾斜方向線および前記第４の傾斜方向線が総て直線である。
前記透過領域は六角形であるように構成してもよい。
前記第１の傾斜方向線、前記第２の傾斜方向線、前記第３の傾斜方向線または前記第４の傾斜方向線のいずれかが、弧の形状または９０度以上の角度で屈折した形状であるように構成してもよい。
本発明に従った実施の形態によるアレイ基板の製造方法は、透明基板上に非晶質材料を堆積するステップと、
エネルギー源から放射され非晶質材料を結晶粒からなる多結晶材料へ変質させるエネルギー線を透過させるフォトマスクであって、前記エネルギー線を透過させ前記非晶質材料に照射したときに、それぞれの前記結晶粒の成長が互いに直行しない方向へ開始されるように成形され、細長の形状をした透過領域および、
前記透過領域の周辺において前記エネルギー線を遮断する遮断領域を備えているフォトマスクを使用し、エネルギー線を照射して前記非晶質材料を前記多結晶材料へ変質させる変質ステップであって、
前記エネルギー線が前記透過領域を透過して前記非晶質材料に照射されたときに該非晶質材料の表面に投射される平面パターンの長手方向に対して垂直な方向へ前記透明基板を一定間隔移動させる移動ステップ、並びに、該移動ステップごとに前記エネルギー線を前記非晶質材料へ照射する照射ステップを含む変質ステップと、を備えている。
好ましくは、前記照射ステップにおいて、前記エネルギー線を照射したときにそれぞれの前記結晶粒の成長が互いにほぼ平行した方向へ開始される。
本発明に従った実施の形態によるフォトマスクは、エネルギー源から放射され非晶質材料を多結晶材料へ変質させるエネルギー線を透過させるフォトマスクであって、
互いにほぼ平行に延伸する第１の長手方向線および第２の長手方向線と、
該第１の長手方向線および該第２の長手方向線のそれぞれの一端において、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線が互いに向かい合う方向へ、９０度より大きな角度で屈折するようにそれぞれ繋がっている第１の傾斜方向線および第２の傾斜方向線と、
前記第１の長手方向線および前記第２の長手方向線のそれぞれの他端において、該第１の長手方向線および該第２の長手方向線が互いに向かい合う方向へ、９０度より大きな角度で屈折するようにそれぞれ繋がっている第３の傾斜方向線および第４の傾斜方向線とによって囲まれ、前記エネルギー線を透過させる透過領域および、
前記透過領域の周囲において前記エネルギー線を遮断する遮断領域を備え、
前記第１および第２の長手方向線が延伸する方向の前記透過領域の長さは、前記第１および第２の長手方向線が延伸する方向に対して垂直な方向の前記透過領域の長さよりも長い。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明による実施の形態を説明する。尚、本実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００２２】
図１（Ａ）は、本発明に係る実施の形態に従った製造方法により製造された液晶表示素子１００およびＴＦＴアレイ基板１３０の概略を示した拡大断面図である。
【００２３】
液晶表示素子１００は、液晶１１０をカラーフィルタ基板１２０とＴＦＴアレイ基板１３０との間に封止している。カラーフィルタ基板１２０には、共通電極１４０が設けられ、ＴＦＴアレイ基板１３０には、表示電極１５０が設けられている。共通電極１４０および表示電極１５０によって液晶１１０に電界が与えられる構造になっている。
【００２４】
さらに、表示電極１５０は、ＴＦＴアレイ基板１３０に配設されたＴＦＴ２００のドレインに接続されている。ＴＦＴ２００は、ＴＦＴアレイ基板１３０の上にマトリックス状に多数形成されている。
【００２５】
尚、本実施の形態において、ＴＦＴ２００は正スタガ型であるが、逆スタガ型のＴＦＴが使用されていもよい。また、本実施の形態によるＴＦＴアレイ基板１３０は液晶表示素子に使用されているが、ＴＦＴアレイ基板１３０はＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどに使用されてもよい。
【００２６】
図１（Ｂ）は、本発明に係る実施の形態に従った製造方法により製造されたＴＦＴアレイ基板１３０に使用されるＴＦＴ２００の拡大断面図である。ＴＦＴ２００は、絶縁性のガラス基板２１０上に形成される。尚、ＴＦＴアレイ基板１３０の製造方法については、図９において説明する。
【００２７】
ＴＦＴ２００を形成するために、絶縁性のガラス基板２１０上に絶縁膜２２０が堆積され、その絶縁膜２２０上に多結晶のポリシリコン２３０が形成される。ポリシリコン２３０は、次のように形成される。まず、非晶質のアモルファスシリコンが絶縁膜２２０上に堆積される。次に、アモルファスシリコンに、エネルギー源から放射されたエネルギー線、例えば、エキシマレーザがフォトマスク（図２または図３を参照）を介して照射される。それによって、アモルファスシリコンは、融解し、固体／液体の界面を生じ、固体／液体の界面における温度勾配を利用して再度結晶化する（ラテラル成長）。従って、アモルファスシリコンはエネルギー線によって多結晶のポリシリコン２３０に変質し、ＴＦＴのチャネル部分２５５を形成する。
さらに、ポリシリコン２３０の上に、ゲート絶縁膜２４０が堆積され、ゲート電極２５０が形成される。次に、ゲート電極２５０をマスクとして不純物が注入され、チャネル部分２５５の両側に自己整合的にソース領域２６０およびドレイン領域２７０がポリシリコン２３０に形成される。次に、ソース領域２６０およびドレイン領域２７０へ貫通するコンタクトホールを形成する。さらに、ソース領域２６０に接続されるソース電極２８０およびドレイン領域２７０に接続されるドレイン電極２９０が形成される。
【００２８】
図２（Ａ）は、アモルファスシリコンに照射されるエネルギー線が通過するフォトマスク３００の部分的拡大図である。フォトマスク３００は、エネルギー線を透過させる透明な透過領域３１０と、エネルギー線を遮断するようにＣｒ（クロム）が付着している遮断領域３２０とからなる。図２（Ａ）には、１つの透過領域３１０とその周辺の遮断領域３２０とが図示されている。
【００２９】
本実施の形態によるフォトマスク３００の透過領域３１０は、互いにほぼ平行に延伸する長手方向線３３０および長手方向線３３５と、長手方向線３３０および長手方向線３３５のそれぞれの一端３３０ａおよび３３５ａにおいて、長手方向線３３０および長手方向線３３５が互いに向かい合う方向へ、それぞれ９０度よりも大きな角度θ１および角度θ２で屈折して繋がっている傾斜方向線３４０および傾斜方向線３４５と、長手方向線３３０および長手方向線３３５のそれぞれの他端３３０ｂおよび３３５ｂから長手方向線３３０および長手方向線３３５が互いに向かい合う方向へ９０度よりも大きな角度θ３および角度θ４で屈折するようにそれぞれ繋がっている傾斜方向線３５０および傾斜方向線３５５とによって囲まれている。長手方向線３３０および３３５が延伸する長手方向の透過領域３１０の長さＬは、長手方向に対して垂直な方向の透過領域３１０の長さ（幅）Ｗよりも長い。
【００３０】
本実施の形態においては、傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５は、長手方向線３３０および３３５よりも短く成形されている。
【００３１】
本実施の形態においては、長手方向線３３０および３３５並びに傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５は総て直線形状である。また、角度θ１、θ２、θ３およびθ４は総て等しく、９０度より大きな鈍角である。長手方向線３３０および長手方向線３３５の長さは互いにほぼ等しい。傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５の長さも互いにほぼ等しい。
【００３２】
従って、本実施の形態において、透過領域３１０は、長手方向Ｘを有する六角形であり、長手方向線３３０および長手方向線３３５の中心線３６０を境に対称な形状になっている。
【００３３】
尚、透過領域３１０の長手方向Ｘの長さＬおよび幅Ｗは、エネルギー源からのエネルギー線を加工する光学系やエネルギー源の装置などによって制限される。
【００３４】
本実施の形態によるフォトマスク３００は、さらに透過領域３１０の周囲にエネルギー線を遮断する遮断領域３２０を備える。
【００３５】
従って、本実施の形態によるフォトマスク３００によって、エネルギー源から放射されたエネルギー線がフォトマスク３００を透過し、整形される。このフォトマスク３００を透過したエネルギー線が非晶質材料を結晶粒からなる多結晶材料へ変質させる。
【００３６】
一般に、結晶粒はエネルギー線を照射した後の固体／液体の界面における温度勾配を利用して成長するので、結晶粒はフォトマスクの透過領域の周縁から成長が開始する。
【００３７】
また、透過領域３１０の周縁は長手方向を有する細長の六角形の形状をしている。よって、本実施の形態によるフォトマスク３００を使用して結晶化したポリシリコンは、図２（Ｂ）のような複数の結晶粒の集合によって形成された結晶塊４００から形成される。このように結晶塊４００は、複数の結晶粒の集合であり、フォトマスク３００の透過領域の形状に基づく平面形状を有するものである。
【００３８】
図２（Ｂ）は、フォトマスク３００を使用して形成されたポリシリコンの結晶塊の１つを示した拡大平面図である。結晶塊４００は透過領域３１０と同様の形状を有する。即ち、本実施の形態における結晶塊４００は、互いにほぼ平行に延伸する長手方向線４３０および長手方向線４３５と、長手方向線４３０および長手方向線４３５のそれぞれの一端４３０ａおよび４３５ａにおいて、長手方向線４３０および長手方向線４３５が互いに向かい合う方向へ、それぞれ９０度よりも大きな角度θ１および角度θ２で屈折して繋がっており、それぞれ長手方向線４３０および長手方向線４３５よりも短い傾斜方向線４４０および傾斜方向線４４５と、長手方向線４３０および長手方向線４３５のそれぞれの他端４３０ｂおよび４３５ｂから長手方向線４３０および長手方向線４３５が互いに向かい合う方向へ９０度よりも大きな角度θ３および角度θ４で屈折するようにそれぞれ繋がっており、長手方向線４３０および長手方向線４３５よりも短い傾斜方向線４５０および傾斜方向線４５５とによって周縁が囲まれている。
【００３９】
長手方向線４３０および４３５が延伸する長手方向の透過領域３２０の長さＬは、長手方向に対して垂直な方向の透過領域３２０の長さ（幅）Ｗよりも長い。
【００４０】
本実施の形態においては、傾斜方向線４４０、４４５、４５０および４５５は、長手方向線４３０および４３５よりも短く成形されている。
【００４１】
また、図２（Ｂ）に示す結晶塊４００は、長手方向Ｙ０、Ｙ１およびＹ２のいずれかを有する複数の結晶粒４１０によって形成される。結晶粒４１０はそれぞれ長手方向Ｙ０、Ｙ１およびＹ２のいずれかを有する形状であり、それぞれの長手方向Ｙ０、Ｙ１およびＹ２はそれぞれの結晶粒４１０の成長方向にほぼ一致する。角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４は総て９０度以上の鈍角であるので、長手方向Ｙ０と長手方向Ｙ１と長手方向Ｙ２とは互いに直交しない。
【００４２】
尚、長手方向Ｙ０と長手方向Ｙ１との間の角度θ５＝１８０°−θ１であり、長手方向Ｙ０と長手方向Ｙ２との間の角度θ６＝１８０°−θ２であり、長手方向Ｙ２と長手方向Ｙ０との間の角度θ７＝１８０°−θ３である。
【００４３】
従って、角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４が１８０度に近づく程、長手方向Ｙ０、Ｙ１およびＹ２は互いに平行に近づく。但し、本実施の形態においては、角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４が１８０度に近づくに従い、傾斜方向線４４０、４４５、４５０および４５５のそれぞれの長さ、即ち、傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５のそれぞれの長さをより長くしなければならない。しかし、上記の通り、透過領域３１０の長手方向Ｘの長さＬは、エネルギー線を加工する光学系やエネルギー源の装置などによって制限されるので、角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４は制限される。この制限は、長手方向Ｘの長さＬ、幅Ｗ、使用するエネルギー線などによって決定される。
【００４４】
図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示したフォトマスク３００において、透過領域３１０を複数個示した部分的拡大平面図である。
図３（Ａ）に示した透過領域３１はその長手方向に対して垂直方向（幅方向）に横並びに配列されている。さらに、透過領域３１の幅方向への配列が透過領域３１の長手方向にも幅方向へずらされて配列されている。しかし、図１１に示すように、フォトマスク３００は、長手方向が非常に長い細長の形状をした透過領域３１を幅方向にのみ配列したものであってもよい。
【００４５】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したフォトマスク３００を使用してエネルギー線を照射した後のポリシリコン２３０の部分的拡大平面図である。
【００４６】
フォトマスク３００を介してエネルギー線を照射するときに、ガラス基板２１０（図１（Ｂ）参照）が照射ごとに移動する。それによって、図３（Ｂ）に示すようなポリシリコン２３０が得られる。
【００４７】
ポリシリコン２３０は、図３（Ｂ）に示すように、長手方向Ｘを有する細長の形状をしておりかつほぼ同一形状をした多数の結晶塊４００が長手方向Ｘをほぼ一致するように羅列した結晶塊列４０２を隣接するように多数平行に並べることによって形成されている。
【００４８】
ポリシリコン２３０は、ＴＦＴ２００のチャネル部を形成する活性層に使用される。
【００４９】
各結晶塊４００の間には、多数の結晶塊４００の傾斜方向線によって形成されたジグザグ状の粒界線４０４が形成される。従って、ポリシリコン２３０は、粒界線４０４が形成されているジグザグ領域４１１と、結晶塊４００の長手方向線によって形成され、各粒界の長手方向がそれぞれほぼ平行な平行領域４２０とを有する。尚、粒界線４０４が屈折する角度θ８は角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４に依存する。即ち、角度θ８＝２（１８０−θ１）、θ８＝２（１８０−θ２）  、θ８＝２（１８０−θ３）  または  θ８＝２（１８０−θ４）のいずれかである。
【００５０】
図４は、本実施の形態におけるポリシリコン２３０を活性層として使用してＴＦＴ５６０、５７０、５８０および５９０を形成したときの配置を模式的に示した平面図である。
【００５１】
ＴＦＴ５６０およびＴＦＴ５８０はジグザグ領域４１１に配置され、ＴＦＴ５７０およびＴＦＴ５９０は平行領域４２０に配置されている。
【００５２】
ＴＦＴ５７０およびＴＦＴ５９０のチャネルをキャリアが流れる方向と、平行領域４２０における結晶粒の長手方向とがほぼ一致している。
【００５３】
ＴＦＴ５６０およびＴＦＴ５８０はキャリアのチャネルをキャリアが流れる方向と、ジグザグ領域４１１における結晶粒の長手方向とは斜めに交差する。
【００５４】
一般に、ポリシリコンをＴＦＴの半導体材料として用いる場合、キャリアは結晶粒の粒界において散乱される。キャリアが散乱されることによって移動度が低下してしまう。従って、キャリアがＴＦＴのソース−ドレイン間を流れるときに通過する粒界の数は少ないほど好ましい。よって、キャリアの流れる方向とポリシリコンの結晶粒の長手方向とは平行していることが好ましい。それによって、キャリアの移動度がより高いＴＦＴを得ることができる。
【００５５】
従って、ＴＦＴ５７０および５９０においては、キャリア移動度が比較的高く、図８に示したＴＦＴ６０および８０と同程度のキャリア移動度が得られる。
【００５６】
ＴＦＴ５６０および５８０におけるキャリア移動度については、図５を参照して説明する。
【００５７】
図５（Ａ）は、図８に示した従来のＴＦＴ９０におけるチャネル部分をキャリア移動度が理解し易いように模式的に示した図である。
【００５８】
図５（Ｂ）は、図４に示した本発明によるＴＦＴ５６０および５８０におけるチャネル部分をキャリア移動度が理解し易いように模式的に示した図である。
【００５９】
ＴＦＴのチャネル長およびチャネル幅はそれぞれＬおよびＷで示されている。ポリシリコンの結晶粒の粒界が破線で示されている。各結晶粒の幅はｐとする。また、Ｇはゲート電極であり、Ｓはポリシリコンである。さらに、矢印Ｚはキャリアがチャネル内を流れる方向を示す。
【００６０】
図５（Ａ）においては、キャリアの流れる方向に対して粒界が９０°の角度をなしている。一方、図５（Ｂ）においては、キャリアの流れる方向に対して角度ηで交差している。角度ηは、図２における、角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４に依存する。即ち、η＝１８０−θ１、η＝１８０−θ２  、η＝１８０−θ３  またはη＝１８０−θ４のいずれかである。
【００６１】
ＴＦＴ９０のチャネル部においてキャリアが通過する結晶粒の数はＬ／ｐ個である。一方で、ＴＦＴ５６０またはＴＦＴ５８０のチャネル部においてキャリアが通過する結晶粒の数はｓｉｎ（η）・Ｌ／ｐ個である。０°＜η＜９０°なので、キャリアの通過する結晶粒の数は、ＴＦＴ９０に比べてＴＦＴ５６０またはＴＦＴ５８０のほうが少ない。従って、キャリアが横切る粒界の数は、ＴＦＴ９０に比べてＴＦＴ５６０またはＴＦＴ５８０のほうが少ない。よって、ＴＦＴ５６０またはＴＦＴ５８０は、ＴＦＴ９０に比べてキャリアの移動度が高い。尚、設計において要求されるキャリアの移動度が得られるように、角度ηは任意に設定してよい。さらに、図２に示す傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５の長さを長くすることによって、ηをゼロにより近づけてもよい。それによって、ＴＦＴ５６０またはＴＦＴ５８０のキャリア移動度は、ＴＦＴ５７０および５９０のキャリア移動度と同程度にすることができる。
【００６２】
図６は、図２（Ａ）に示したフォトマスク３００の透過領域３１０の他の形態を示す図である。
【００６３】
図６（Ａ）において、透過領域３１０における傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５は、それぞれ長手方向線３３０および３３５が向かい合う透過領域３１０の内側の方向へ歪曲し、楕円の弧の形状をなしている。
【００６４】
図６（Ｂ）においては、透過領域３１０における傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５が、それぞれ長手方向線３３０および３３５が向かい合う方向とは逆の透過領域３１０の外側の方向へ歪曲している。それによって、透過領域３１０は楕円形状をなしている。
【００６５】
図６（Ｃ）においては、透過領域３１０における傾斜方向線３４０および３４５は透過領域３１０の内側の方向へ歪曲し、楕円の弧の形状をなし、傾斜方向線３５０および３５５は透過領域３１０の外側の方向へ歪曲している。
【００６６】
図６（Ｄ）においては、透過領域３１０における傾斜方向線３４０、３４５、３５０および３５５の代わりに、複数の短辺６４０ａおよび６４０ｂからなる傾斜方向線６４０と、短辺６４５ａおよび６４５ｂからなる傾斜方向線６４５と、短辺６５０ａおよび６５０ｂからなる傾斜方向線６５０と、６５５ａおよび６５５ｂからなる傾斜方向線６５５とが形成されている。
【００６７】
それによって、透過領域３１０は六角形だけでなく、十角形にすることもできる。さらに、短辺を増加させ、または減少させることによって、透過領域３１０は六角形および十角形以外の多角形にすることもできる。
【００６８】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）または図６（Ｄ）による透過領域を有する実施の形態によるフォトマスクを使用する場合には、短辺または傾斜方向線の部分の透過領域に該当するポリシリコンには、他の透過領域の短辺または傾斜方向線の部分と重複してエネルギー線が照射される。それによって、エネルギー線が照射されずにチャネル部が非晶質のまま残存してしまうことがない。
【００６９】
尚、傾斜方向線は、短辺を含む概念である。即ち、傾斜方向線は複数の短辺から形成されるだけでなく、単一の短辺から形成されてもよい。
図３（Ａ）または図６（Ａ）から図６（Ｄ）に示したフォトマスク３００を用いて、ＴＦＴアレイ基板１３０は製造される。図９（Ａ）から図９（Ｆ）は、本発明に係る実施の形態に従ったアレイ基板の製造方法のフロー図である。
図９（Ａ）に示すように、まず、絶縁性のガラス基板２１０上にＰＥ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、不純物の拡散を防ぐ絶縁膜２２０を形成する。
図９（Ｂ）に示すように、次に、絶縁膜２２０の上に活性層となるアモルファスシリコン２２９を約５０ｎｍの膜厚にＰＥ−ＣＶＤ法を用いて堆積する。次に、５００℃でアニールすることでアモルファスシリコン２２９中の水素を離脱させる。アモルファスシリコン２２９に低濃度のボロン（Ｂ）をイオン注入することで、アモルファスシリコン２２９を低濃度の不純物層としてもよい。
図９（Ｃ）に示すように、次に、エネルギー源を有するエキシマレーザ発生装置１０００から放射されたエネルギー線、例えば、ＥＬＡ（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌ）法によるエキシマレーザ光がフォトマスク３００を介してアモルファスシリコン２２９に照射される。エキシマレーザの強度は、アモルファスシリコン２２９が溶融できる程度の強度であり、例えば、４００ｍｊ／ｃｍ２から６００ｍｊ／ｃｍ２である。それによって、図２（Ｂ）においても説明したように、アモルファスシリコン２２９は溶融し、さらに再度結晶化する。それによって、アモルファスシリコン２２９は多結晶のポリシリコン２３０に変質する。アモルファスシリコン２２９にエネルギー線を照射する工程の詳細は図１０から図１６を参照して後述する。
図９（Ｄ）には、絶縁膜２２０の表面上にあるアモルファスシリコン２２９の総てが多結晶ポリシリコン２３０に結晶化された状態を示す。
次に、ポリシリコン２３０を写真蝕刻法によりパターニングされたレジストパターン（図示せず）を形成する。
図９（Ｅ）に示すように、次に、レジストパターンをマスクとしてＣＤＥ法を用いてポリシリコン２３０を選択的に除去する。
図９（Ｆ）に示すように、さらに、絶縁膜２２０の表面上に残されたポリシリコン２３０にＴＦＴ２００が形成される。ＴＦＴ２００の形成は、図１（Ｂ）に示したとおりである。
このように、図９（Ａ）から図９（Ｆ）のフローに従って、ＴＦＴアレイ基板１３０が製造される。
ここで、図１０から図１６を参照して、図９（Ｃ）に示したアモルファスシリコン２２９にエネルギー線を照射する工程について説明する。
図１０は、エキシマレーザ発生装置１０００がアモルファスシリコン２２９を有するガラス基板２１０へエネルギー線を照射する様子を示した模式図である。エキシマレーザ光源１０１０から発生したレーザ光は、照明光学系１０２０、フォトマスク３００および投影レンズ１０３０を通してガラス基板２１０上のアモルファスシリコン２２９へ達する。
ガラス基板２１０は、ＸＹＺチルトステージ１０４０に固定されており、このチルトステージ１０４０を駆動させることによって、３次元的（ＸＹＺ方向）に移動させることができる。ガラス基板２１０をＸ方向に一定間隔だけ移動させる（以下、ステッピング動作ともいう）ごとに、エキシマレーザ発生装置１０００はアモルファスシリコン２２９へレーザ光を照射する。尚、フォトマスク３００を通過したレーザ光は、投影レンズ１０３０にて縮小されてアモルファスシリコン２２９へ照射される。
図１１は、ガラス基板２１０上においてフォトマスク３００のマスクパターン３００ｐが走査する様子を示した図である。図１１に示すＸ−Ｙ軸は、図１０に示したチルトステージ１０４０の動作面のＸ−Ｙ軸と同じである。マスクパターン３００ｐは、レーザ光をアモルファスシリコン２２９へ照射したときにアモルファスシリコン２２９の表面に投射されるパターンである。
一般に、ステッピング動作ではチルトステージ１０４０に搭載されたガラス基板２１０を移動させる。しかし、理解を容易にするために図１１では、ガラス基板２１０は固定され、フォトマスク３００のマスクパターンが動作するものとして図示する。勿論、実際にフォトマスク３００を動作させることによってマスクパターンを走査させてもよい。
ガラス基板２１０の面内において、フォトマスク３００のマスクパターン３００ｐは、Ｘ軸の方向へ走査する。この走査は、ステッピング動作を連続して繰り返すことによって実行される動作であり、ステッピング動作ごとにレーザ光がアモルファスシリコン２２９へ照射される。マスクパターン３００ｐがガラス基板２１０の端まで走査すると、マスクパターン３００ｐはＹ軸の方向へ移動し、Ｘ軸の方向を折り返して走査する。
本実施の形態によるアレイ基板の製造方法は、フォトマスク３００を用いてアモルファスシリコン２２９へレーザ光を照射することによってポリシリコン２３０へ結晶化する。従って、本実施の形態によるアレイ基板の製造方法は、フォトマスク３００を使用したときの効果を得ることができる。即ち、本実施の形態によるアレイ基板の製造方法は、ＴＦＴ製造工程における設計を制約することなく、かつ追加の工程を付加することなしに、キャリア移動度が高く一定の性能を有する複数のＴＦＴを備えたアレイ基板を製造することができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明に従ったアレイ基板の製造方法およびフォトマスクによれば、ＴＦＴ製造工程における設計を制約することなく、かつ追加の工程を付加することなしに、キャリア移動度が高く一定の性能を有する複数のＴＦＴを形成することができる活性層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った液晶表示素子およびＴＦＴアレイ基板の実施の形態の概略を示した拡大断面図、および本発明に従ったＴＦＴアレイ基板に使用されるＴＦＴの拡大断面図。
【図２】アモルファスシリコンに照射されるエネルギー線が通過するフォトマスクの部分的拡大図、およびフォトマスクを使用して形成されたポリシリコンの結晶塊の１つを示した拡大平面図。
【図３】図２（Ａ）に示したフォトマスクにおいて、透過領域を複数個示した部分的拡大平面図、および図３（Ａ）に示したフォトマスクを使用してエネルギー線を照射した後のポリシリコンの部分的拡大平面図。
【図４】本実施の形態におけるポリシリコン２３０を活性層として使用してＴＦＴ５６０、５７０、５８０および５９０を形成したときの配置を模式的に示した平面図。
【図５】図８に示した従来のＴＦＴにおけるチャネル部分をキャリア移動度が理解し易いように模式的に示した図、および図４に示した本発明によるＴＦＴにおけるチャネル部分をキャリア移動度が理解し易いように模式的に示した図。
【図６】図２（Ａ）に示したフォトマスクの透過領域の他の形態を示す図。
【図７】従来のフォトマスクの部分的拡大図、およびエネルギー線を照射した後のポリシリコンの各結晶粒の拡大平面図。
【図８】従来のポリシリコンを活性層として使用してＴＦＴを形成したときの配置を模式的に示した平面図。
【図９】本発明に係る実施の形態に従ったアレイ基板の製造方法のフロー図。
【図１０】エキシマレーザ発生装置１０００がアモルファスシリコン２２９を有するガラス基板２１０へエネルギー線を照射する様子を示した模式図。
【図１１】ガラス基板２１０上においてフォトマスク３００のマスクパターン３００ｐが走査する様子を示した図。
【符号の説明】
１００  液晶表示素子
１１０  液晶
１２０  ＴＦＴアレイ基板
１３０  電流源回路
６０、７０、８０、９０、２００、５６０、５７０、５８０、５９０  ＴＦＴ
２３０  ポリシリコン
２５０  ゲート電極
２５５  チャネル部分
３００  フォトマスク
３１０  透過領域
３２０  遮断領域
３３０、３３５、４３０、４３５  長手方向線
３４０、３４５、３５０、３５５、４４０、４４５、４５０、４５５  傾斜方向線
４００  結晶塊
４１０  結晶粒
４０４  粒界線
４１１  グザグ領域
４２０  平行領域
６４０ａ、６４０ｂ、６４５ａ、６４５ｂ、６５０ａ、６５５ａ、６５５ｂ、６５０ｂ  短辺
６４０、６４５、６５０、６５５  傾斜方向線
１０００  エキシマレーザ発生装置
１０１０  エキシマレーザ光源
１０２０  照明光学系
３００  フォトマスク
１０３０  投影レンズ
１０４０  ＸＹＺチルトステージ
３００ｐ  マスクパターン
３１０ｐ  平面パターン
【図１】
0004109026.tif 000002
【図２】
0004109026.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004109026.tif 000006
【図６】
0004109026.tif 000007
【図７】
0004109026.tif 000008
【図８】
0004109026.tif 000009
【図９】
0004109026.tif 000010
【図１０】
0004109026.tif 000011
【図１１】
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