(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素を主成分とする非晶質半導体薄膜を形成し、
前記非晶質半導体薄膜に金属を添加し、
前記非晶質半導体薄膜を、第１の加熱処理により結晶化して、結晶質半導体薄膜を形成し、
前記結晶質半導体薄膜の表面と平行な面に対する形状がコッホ曲線を有し、頂点の数ｎ（ｎ＞２０）個を有する多角形であって、かつ該頂点のうち内角が１８０度以上である頂点の数ｍ（ｍ＞８）個を有する島状の絶縁膜を形成し、
前記島状の絶縁膜をマスクとして、非金属元素または該非金属元素のイオンを前記結晶質半導体薄膜に添加して、前記結晶質半導体薄膜に非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域を形成し、
第２の加熱処理により、前記結晶質半導体薄膜の前記非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域に前記金属をゲッタリング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、前記金属としてニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）または銅（Ｃｕ）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３】
請求項１または請求項２において、前記第１の加熱処理は４００℃以上７００℃以下で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４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記非金属元素または非金属元素イオンとしてボロン（Ｂ）、珪素（Ｓｉ）、燐（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）から選ばれた１種または複数種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】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記第２の加熱処理は４００℃以上１０００℃以下で行わ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】
本発明は珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜を利用した半導体装置の作製方法に関する技術である。特に、絶縁基板上に珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜を有する基板を利用した薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）の作製方法に関する。
【０００２】
本明細書において、半導体装置とは半導体を利用して機能する装置全般を指すものであり、ＴＦＴの如き単体素子のみならず、演算処理装置、記憶処理装置、電気光学装置などそれを搭載した電子デバイス等も半導体装置の範疇に含まれる。
【０００３】
【従来の技術】
アクティブマトリクス型液晶表示装置は、同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー回路とを設けたモノリシック型表示装置である。モノリシック型表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いることが主流である。薄膜トランジスタは、ガラス基板、石英基板などの絶縁基板に非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を形成し活性層としている。ＴＦＴを利用して、メモリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内臓したシステムオンパネルの開発も進められている。
【０００４】
このようなドライバー回路やロジック回路は高速動作を行う必要があるので、石英基板、ガラス基板上に活性層として非晶質珪素膜を成膜し、素子として用いることは不適当である。そのため、現在では多結晶質珪素膜を活性層としたＴＦＴが製造されている。
【０００５】
石英基板、ガラス基板上に非晶質珪素膜を成膜した後、結晶化により多結晶珪素膜を得る技術は幾つか存在する。そのなかでも、素子を形成したときに優れた素子の電気的特性が得られ、非晶質珪素膜の結晶化を促進する触媒金属元素を添加し、加熱処理により結晶化する技術が知られている。以下に、この技術をさらに詳しく説明する。
【０００６】
石英基板、ガラス基板などの絶縁性の基板上に、ＬＰＣＶＤ装置やＰＥＣＶＤ装置で、５０ｎｍから１００ｎｍ程度の珪素を主成分とする非晶質構造を有する半導体薄膜を形成する。前記非晶質構造を有する半導体薄膜の表面や膜中に、金属を添加し加熱処理することにより、前記非晶質構造を有する半導体薄膜を固相結晶化する。前記非晶質構造を有する半導体薄膜が固相結晶化することにより、珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜となる。前記金属の添加により固相結晶化が促進されることは、本発明者らにより確認されており、前記金属は固相結晶化に際に、触媒として働くと言える。前記金属を本明細書では触媒金属とする。
【０００７】
前記非晶質構造を有する半導体薄膜が、金属を触媒として加熱処理により結晶化する現象は、Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｌａｔｅｒａｌ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ（ＭＩＬＣ）として多数報告されている。代表的なものとして、ニッケル(Ｎｉ)、コバルト(Ｃｏ)、パラジウム(Ｐｄ)、白金(Ｐｔ)、銅(Ｃｕ)などの遷移金属元素がある。触媒金属の存在により、触媒金属を添加しない場合に比べて前記非晶質構造を有する半導体薄膜が固相結晶化に要する温度や時間の点で有利となる。実験によれば、Ｎｉ元素は、触媒金属として非常に優れている。以下では、触媒金属としてＮｉ元素を用いたことを前提とする。
【０００８】
前記非晶質構造を有する半導体薄膜の固相結晶化に要する加熱処理は、電気炉などにより４００℃〜７００℃で数時間以上である。
【０００９】
本明細書では、珪素を主成分とする非晶質構造を有する半導体薄膜とは、非晶質構造を有するＳｉＧｅ薄膜で、かつＧｅの成分比が５０％未満のものなども含む。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記非晶質構造を有する半導体薄膜の結晶化を促進する触媒金属には、ニッケル(Ｎｉ)、コバルト(Ｃｏ)、パラジウム(Ｐｄ)、白金(Ｐｔ)、銅(Ｃｕ)など遷移金属元素が用いられる。一般的によく知られているように、Ｎｉなどの金属は、結晶質の珪素中に存在すると、深い準位を形成し素子の電気特性や信頼性に悪影響を及ばす。よって、素子が形成され素子として使用される領域（素子活性領域）から、Ｎｉ元素などの金属を除去する必要がある。前記結晶質半導体薄膜も、触媒金属による素子特性への悪影響が懸念される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
よって、素子活性領域から、電気特性に影響を及ばさない程度までに、Ｎｉ元素などの金属を除去する必要がある。結晶質の珪素中の素子活性領域中から、Ｎｉ元素などの金属を除去することを、一般的にゲッタリングと言う。以下に、本発明者らにより確かめられているゲッタリングの方法を述べる。
【００１２】
前記結晶質半導体薄膜上に絶縁膜を形成する。前記絶縁膜は、ＣＶＤ装置やスパッタ装置により酸化珪素膜または窒化珪素膜などを成膜する。次に、前記絶縁膜を島状に形成する。半導体技術で一般的なフォトリソグラフィとエッチングにより、前記絶縁膜の島状物は形成できる。
【００１３】
前記絶縁膜をマスクとして、非金属元素または該非金属元素のイオンを、前記結晶質半導体薄膜に添加し、前記結晶質半導体薄膜に前記非金属元素または該非金属元素イオンが添加された領域を形成する。つまり、前記結晶質半導体薄膜上に前記絶縁膜の島状物が存在する領域は、前記非金属元素または該非金属元素イオンが添加されずに、前記の島状物が存在しない領域に添加される。前記非金属元素または該非金属元素イオンは、気相からの熱拡散やイオン注入装置などにより添加する。
【００１４】
前記非金属元素または該非金属元素イオンは、ボロン（Ｂ）、珪素（Ｓｉ）、燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、Ｋｒ（クリプトン）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた１種または複数種である。
【００１５】
単結晶珪素での遷移金属元素のゲッタリングの機構や現象は盛んに研究されており、かなりの部分が明らかになっている。多結晶珪素でのゲッタリングについては、詳しくわかっていないところもあるが、単結晶珪素の場合を参考することができる。多結晶珪素においてもイオン打ち込み法（イオン注入法）により導入される、ダメージは有効なゲッタリングとなる。イオン注入より原子が跳ね飛ばされた跡は局部的に非晶質化し、続く加熱処理によって非晶質部を再結晶化させる際に高密度の結晶欠陥などが導入される。よって、ゲッタリングの際にイオン注入により添加する前記非金属元素または該非金属元素イオンには、イオン打ち込み可能であって、ゲッタリングする金属よりも拡散係数が小さく加熱処理によっても素子活性領域までほとんど拡散しないか、電気的に不活性で素子特性に対して影響がなければよい。
【００１６】
前記の条件に当たる元素には、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた１種または複数種がある。ただし、イオン種、ドーズ量、加速エネルギの違いにより、粒界、微少双晶、積層欠陥、転位ループ、転位網などのダメージが発生の様子も違ってくると考えられる。また、燐（Ｐ）など、気相から拡散した場合でも、結晶質珪素中に添加されるとミスフィット転移を形成しゲッタリング源となる。燐（Ｐ）を前記結晶質半導体薄膜に添加すると、前記触媒金属のゲッタリングに有効であることは本発明者らによって確認されている。
【００１７】
次に、前記結晶質半導体薄膜に４００℃以上１０００℃以下の加熱処理をして、前記非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域に前記金属をゲッタリングする。発明者らの実験により、特に燐（Ｐ）は顕著なゲッタリング効果があることは確かめられている。
【００１８】
一般的に、ゲッタリングは素子活性領域外にゲッタリングするサイトを形成し、加熱処理によりゲッタリングサイトに金属を偏析することにより達成する。前述の薄膜の作製を含む、半導体素子の形成技術では、加熱処理は必須であるが、熱供給量＝温度×時間は小さいほど望ましい。熱供給量を小さくすれば、経済的に有利となり、時間短縮ができる。それ以外にも、半導体基板のそりや縮みの軽減、素子活性領域付近の余分な応力発生などが防げる。また、ゲッタリング工程後、素子活性領域中にゲッタリングできずに残留する金属も少なければ少ないほどよい。
【００１９】
ガラス基板または石英基板１０１０１上に珪素を主成分とする非晶質構造を有する半導体薄膜１０１０２を形成する。前記非晶質構造を有する半導体薄膜１０２に金属を添加する。前記金属にはニッケル(Ｎｉ)、コバルト(Ｃｏ)、パラジウム(Ｐｄ)、白金(Ｐｔ)、銅(Ｃｕ)などが考えられるが、課題を解決する手段の項ではＮｉとし、酢酸Ｎｉ塩溶液１０１０３を塗布するとする。
【００２０】
前記非晶質構造を有する半導体薄膜１０１０２を、前記金属を触媒として、４００℃以上７００℃以下の加熱処理により、固相結晶化し珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜を得る（図１（Ａ））。Ｎｉは固相結晶化を促進するのに非常に有効な金属であることが、発明者らの実験により確認されている。
【００２１】
前記結晶質半導体薄膜上１０１０７に絶縁膜を成膜した後、絶縁膜を島状物１０１０４に微細加工する。前記絶縁膜の島状物１０１０４をマスクとして、非金属元素または該非金属元素のイオンを前記結晶質半導体薄膜に添加する（図１（Ｂ））。課題を解決するための手段の項では、前記非金属元素として燐（Ｐ）を用いたとする。
【００２２】
燐（Ｐ）以外にも、Ｂ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどがゲッタリングに有効と考えられる。これらの元素は、イオン注入とそれに続く加熱処理によりｐｏｌｙ-Ｓｉ膜にダメージを導入できること、ゲッタリングする金属よりも拡散しにくいか、不活性で素子特性に影響を及ぼさない元素である。
前記結晶質半導体薄膜に、非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域１０１０６、１０１０９を形成する。前記結晶質半導体薄膜に、４００℃以上１０００℃以下の加熱処理をして、前記非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域に前記金属をゲッタリングする。（図１（Ｃ））図１（Ｃ）中において、１０１１０はＮｉが移動する方向である。
【００２３】
本発明の特徴の一つは、結晶質半導体薄膜に非金属元素または該非金属元素のイオンを添加してゲッタリングサイトを形成するプロセスと、加熱処理するプロセスとを有しており、該加熱処理により結晶質半導体薄膜に含まれる金属が移動してゲッタリングサイト（非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域）に捕獲され、ゲッタリングサイト以外の結晶質半導体薄膜から金属を除去または低減することである。
【００２４】
本発明の主たる構成は、前記結晶質半導体薄膜１０２０６の表面１０２０３と平行な面に対する前記島状の絶縁膜形状１０３０１、１０２０１が、頂点の数ｎ（ｎ＞２０）個を有する多角形であって、かつ該頂点のうち内角が１８０度以上である頂点の数ｍ（ｍ＞８）個を有する多角形であることである。
【００２５】
以上により、前記非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域１０１０６、１０１０９と添加されない領域との境界面１０１０８の面積を増大させ、ゲッタリングの効率および効果のうち、少なくとも一つを改善する。
【００２６】
一般的に、ゲッタリングの進行は、金属の素子活性領域中からの開放ステップ、拡散ステップ、ゲッタリングサイトにおける捕獲ステップよりなる。前記境界面の面積を大きくし、前記金属の拡散現象を促進するなどにより、ゲッタリングの効率もしくは効果を上げることをねらいとしている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
石英基板１０１０１に、ＬＰＣＶＤ装置により、５０ｎｍ程度の非晶質の珪素膜（ａ−Ｓｉ膜）１０１０２を成膜する。
【００２８】
酢酸Ｎｉ塩溶液１０１０３をスピンコート法により滴下する。酢酸Ｎｉ塩溶液のＮｉ濃度は重量換算で１０ｐｐｍほどである。酢酸Ｎｉ塩溶液を滴下する前に、酸素雰囲気中でＵＶ光を照射することなどにより、極薄の酸化珪素膜（ＳｉＯ2膜）を形成し、ａ−Ｓｉ膜表面にて酢酸Ｎｉ塩溶液を濡れやすくする必要がある。
【００２９】
Ｎｉなどの金属の添加方法は、液相から添加する以外に、イオンインプラント装置による方法や、ａ−Ｓｉ膜上に金属の蒸着膜を成膜する方法などがある。
【００３０】
石英基板（ａ−Ｓｉ膜を有する）を、窒素雰囲気中で６００℃で数時間以上の加熱処理を行う。Ｎｉ元素を添加することにより、Ｎｉを添加しない場合と比較して、遙かに短い時間でａ−Ｓｉ膜全体が固相結晶化することは確認されている。固相結晶化したことにより多結晶質の珪素膜（ｐｏｌｙ-Ｓｉ）となる。Ｎｉはａ−Ｓｉ膜中に初期核が発生する際にも、ａ−Ｓｉ膜の全体が結晶化する際にも関係することは、発明者らにより確認されている。
【００３１】
触媒金属をａ−Ｓｉ膜に添加すると結晶化が促進される現象は、Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｌａｔｅｒａｌ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ（ＭＩＬＣ）として多数報告されており、ニッケル(Ｎｉ)、コバルト(Ｃｏ)、パラジウム(Ｐｄ)、白金(Ｐｔ)、銅(Ｃｕ)などの遷移金属元素がある。発明者らの実験によりＮｉ元素は、触媒金属として非常に優れていることが判明している。
【００３２】
一般的によく知られているように、Ｎｉなどの金属は、結晶質の珪素中に存在すると、深い準位を形成し素子の電気特性や信頼性に悪影響を及ばす。よって、素子が形成され素子として使用される領域（素子活性領域）から、Ｎｉなどの金属を除去する必要がある。触媒金属により結晶化したｐｏｌｙ-Ｓｉ膜も、触媒金属による素子特性への悪影響が懸念される。
【００３３】
よって、素子活性領域から、電気特性に影響を及ばさない程度までに、Ｎｉ元素などの金属を除去する必要がある。結晶質の珪素中の素子活性領域中から、Ｎｉ元素などの金属を除去することを、一般的にゲッタリングと言う。
【００３４】
前記のｐｏｌｙ-Ｓｉ膜上に、１５０ｎｍ程度の酸化珪素膜を成膜する。酸化珪素膜は、ＬＴＯ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）膜である。成膜する絶縁膜は、酸化珪素膜の他に窒化珪素膜などが考えられ、その成膜方法もＰＣＶＤ装置、ＬＰＣＶＤ装置、スパッタ装置などがある。
【００３５】
成膜したｐｏｌｙ-Ｓｉ膜が島形状１０１０４になるように、フォトリソグラフィとエッチングにより微細加工する。
ｐｏｌｙ-Ｓｉ膜の表面１０２０３と平行な面１０２０２で前記島状物を切り取ったときにできる断面形状１０２０８を考える。本発明の主たる構成は、その断面形状が、頂点の数ｎ（ｎ＞２０）個を有する多角形であって、かつ、その頂点のうち内角が１８０度以上である頂点の数ｍ（ｍ＞８）個を有する多角形とすることである。本実施形態１では、コッホ曲線を参考に、島状物の断面形状を図２（Ｂ）のようにした。コッホ曲線とは、フラクタル幾何で有名な図形である。
【００３６】
酸化珪素膜の島状物をマスクとして、プラズマドーピング装置により、燐（Ｐ）をｐｏｌｙ-Ｓｉ膜に添加する（図１（Ｂ））。イオン注入量１Ｅ１５ａｔｏｍｓ/ｃｍ2、加速電圧１０ｋＶの条件である。酸化珪素膜の膜厚を考慮して、酸化珪素膜の島状物１０１０４をＰイオンが突き抜けないような加速電圧、イオン注入量とすべきである。燐（Ｐ）以外にも、Ｂ、Ｓｉ、Ｈｅ、Ａｓ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどがゲッタリングに有効と考えられる。これらの元素は、イオン注入とそれに続く加熱処理によりｐｏｌｙ-Si膜にダメージを導入できること、ゲッタリングする金属よりも拡散しにくいか、不活性で素子特性に影響を及ぼさない元素である。
【００３７】
プラズマドーピング装置は、ＬＳＩ製造に使用されるイオンインプラント装置と違い、イオンを打ち込む際に質量分離する機構がない。そのために、イオンインプラント装置と比較して、打ち込み量や打ち込み深さをコントロールする精度が劣るという面もある。ただし、大面積を効率よくイオン注入することができるために、ＴＦＴ製造では多用されている。
【００３８】
燐（Ｐ）のイオン注入の後に、窒素雰囲気中で６００℃、５ｈｒ程度の加熱処理を行い（図１の（Ｃ））、ｐｏｌｙ-Ｓｉ膜中の燐（Ｐ）が添加された領域１０１０６、１０１０９に、結晶化の際に触媒金属としたＮｉをゲッタリングする。燐（Ｐ）を添加することにより、顕著なゲッタリングの効果あることは発明者らによりすでに確認されている。ゲッタリングの際の加熱処理は、４００℃以上から１０００℃以下とする。
【００３９】
酸化珪素膜の島状物の形を先のような複雑な多角形１０２０８とした理由は、ｐｏｌｙ-Ｓｉ膜中の燐（Ｐ）の添加領域と非添加領域とが接する面１０１０８の面積を増大するためである。添加領域と非添加領域が接する面積を大きくし、前記金属の拡散現象を促進するなどにより、ゲッタリングの効率もしくはその効果を上げることをねらいとしている。
【００４０】
ゲッタリングにより、素子活性領域の被ゲッタリング金属の濃度を素子特性に影響を及ぼさない程度にまで軽減する。
【００４１】
ａ−Ｓｉ膜の固相結晶化とゲッタリングが終了した後は、通常のＴＦＴアレイ基板の作製を行い、液晶デバイスや有機ＥＬデバイスまで作製する。
【００４２】
【実施例】
[実施例１]
本実施例では表示装置を作製するための工程を示し、画素部の画素ＴＦＴおよび保持容量と、表示領域の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同時に作製する方法について図４〜図６を用い工程に従って詳細に説明する。
【００４３】
図４（Ａ）において、基板１０１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）など光学的異方性を有しないプラスチック基板を用いることができる。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも１０〜２０℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。そして、基板１０１のＴＦＴを形成する表面に基板１０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜１０２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜１０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化シリコン膜１０２ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。
【００４４】
酸化窒化シリコン膜は平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化シリコン膜１０２ａは、ＳｉＨ4を１０SCCM、ＮＨ3を１００SCCM、Ｎ2Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。一方、酸化窒化水素化シリコン膜１０２ｂは、ＳｉＨ4を５SCCM、Ｎ2Ｏを１２０SCCM、Ｈ2を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することもできる。
【００４５】
上記条件にて作製される酸化窒化シリコン膜１０２ａは、密度が９．２８×１０22/cm3であり、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）の２０℃におけるエッチング速度が約６３nm/minと遅く、緻密で硬い膜である。このような膜を下地膜に用いると、この上に形成する半導体膜にガラス基板からのアルカリ金属元素が拡散するのを防ぐのに有効である。
【００４６】
次に、２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質構造を有する半導体膜１０３ａ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。例えば、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には、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、下地膜１０２と非晶質半導体膜１０３ａとは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化シリコン膜１０２ａと酸化窒化水素化シリコン膜１０２ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2からＳｉＨ4とＨ2或いはＳｉＨ4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化シリコン膜１０２ｂの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【００４７】
本明細書の実施形態１と同様に、金属触媒を用いた結晶化とその金属のゲッタリングを行う。ゲッタリングの際に用いた酸化珪素膜の島状物は、ウエットエッチングにより取り除く。
【００４８】
そして、図４（Ｃ）に示すように結晶質半導体膜１０３ｂ上にフォトマスク１（ＰＭ１）を用い、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストパターンを形成し、ドライエッチングによって結晶質半導体膜を島状に分割し、島状半導体膜１０４〜１０８を形成する。ドライエッチングにはＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いる。その後、プラズマ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１９４を形成する。
【００４９】
この状態で島状半導体膜に対し、ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素を１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度で島状半導体膜の全面に添加しても良い。半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ2Ｈ6）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特にｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために好適に用いる手法である。
【００５０】
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１０５、１０７に選択的に添加する。あらかじめレジストマスク１９５ａ〜１９５ｅを形成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いれば良く、ここではリン（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。形成された不純物領域は低濃度ｎ型不純物領域１９６、１９７として、このリン（Ｐ）濃度は２×１０16〜５×１０19atoms／cｍ3の範囲とすれば良い。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１９６、１９７に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ-）と表す。また、不純物領域１９８は、画素マトリクス回路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）を添加する（図４（Ｄ））。
【００５１】
その後、添加した不純物元素を活性化させる処理を行う。活性化の処理は実施形態７で説明したレーザー光を用いた熱処理により行う。熱処理条件の一例は、レーザーパルス発振周波数１kHzとし、レーザーエネルギー密度を１００〜３００mJ/cm2(代表的には１５０〜２５０mJ/cm2)とする。そして線状ビームを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９９％（好ましくは、９５〜９９％）として行う。
【００５２】
ゲート絶縁膜１０９はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜から形成すると良い。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製された酸化窒化シリコン膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでこの用途に対して好ましい材料となる。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い（図４（Ｅ））。
【００５３】
そして、図４（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜１０９上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層を形成する。耐熱性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複数の層から成る積層構造としても良い。このような耐熱性導電性材料を用い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）１１０と金属膜から成る導電層（Ｂ）１１１とを積層した構造とすると良い。導電層（Ｂ）１１１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）１１０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）１１０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）１１１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ことが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良かった。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。
【００５４】
導電層（Ａ）１１０は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）１１１は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。Ｗをゲート電極とする場合には、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で、アルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ2）ガスを導入して導電層（Ａ）１１１を窒化タングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成し、導電層（Ｂ）１１０をＷで２５０nmの厚さに形成する。その他の方法として、Ｗ膜は６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【００５５】
一方、導電層（Ａ）１１０にＴａＮ膜を、導電層（Ｂ）１１１にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。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形成し、Ｔａ膜はスパッタガスに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膜が容易に得られた。尚、図示しないが、導電層（Ａ）１１０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）１１０または導電層（Ｂ）１１１が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜１０９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）１１１は抵抗率を１０〜５０μΩcmの範囲ですることが好ましい。
【００５６】
次に、フォトマスク２（ＰＭ２）を用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストマスク１１２〜１１７を形成し、導電層（Ａ）１１０と導電層（Ｂ）１１１とを一括でエッチングしてゲート電極１１８〜１２２と容量配線１２３を形成する。ゲート電極１１８〜１２２と容量配線１２３は、導電層（Ａ）から成る１１８ａ〜１２２ａと、導電層（Ｂ）から成る１１８ｂ〜１２２ｂとが一体として形成される（図５（Ａ））。
【００５７】
導電層（Ａ）および導電層（Ｂ）をエッチングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述のようにＷを主成分とする材料で形成されている場合には、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用することが望ましい。高密度プラズマを得る手法の一つとして、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いると良い。ＩＣＰエッチング装置を用いたＷのエッチング法は、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2の２種のガスを反応室に導入し、圧力０．５〜１．５Ｐａ（好ましくは１Ｐａ）とし、誘導結合部に２００〜１０００Ｗの高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力を印加する。この時、基板が置かれたステージには２０Ｗの高周波電力が印加され、自己バイアスで負電位に帯電することにより、正イオンが加速されて異方性のエッチングを行うことができる。ＩＣＰエッチング装置を使用することにより、Ｗなどの硬い金属膜も２〜５nm／秒のエッチング速度を得ることができる。また、残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増しオーバーエッチングをすると良い。しかし、この時に下地とのエッチングの選択比に注意する必要がある。例えば、Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜（ゲート絶縁膜１０９）の選択比は２．５〜３であるので、このようなオーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされて実質的に薄くなる。
【００５８】
そして、画素ＴＦＴのｎチャネル型ＴＦＴにＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程（ｎ--ドープ工程）を行う。ゲート電極１１８〜１２２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した。ｎ型を付与する不純物元素として添加するリン（Ｐ）の濃度は１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度範囲で添加する。このようにして、図５（Ｂ）に示すように島状半導体膜に低濃度ｎ型不純物領域１２４〜１２９を形成する。
【００５９】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴに対して、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度ｎ型不純物領域の形成を行う（ｎ+ドープ工程）。まず、フォトマスク３（ＰＭ３）を用い、レジストのマスク１３０〜１３４を形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して高濃度ｎ型不純物領域１３５〜１４０を形成する。ｎ型を付与する不純物元素にはリン（Ｐ）を用い、その濃度が１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度範囲となるようにフォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行う（図５（Ｃ））。
【００６０】
そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０４、１０６にソース領域およびドレイン領域とする高濃度ｐ型不純物領域１４４、１４５を形成する。ここでは、ゲート電極１１８、１２０をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に高濃度ｐ型不純物領域を形成する。このときｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜１０５、１０７、１０８は、フォトマスク４（ＰＭ４）を用いてレジストマスク１４１〜１４３を形成し全面を被覆しておく。高濃度ｐ型不純物領域１４４、１４５はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０20〜３×１０21atoms／cm3となるようにする（図５（Ｄ））。
【００６１】
この高濃度ｐ型不純物領域１４４、１４５には、前工程においてリン（Ｐ）が添加されていて、高濃度ｐ型不純物領域１４４ａ、１４５ａには１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度で、高濃度ｐ型不純物領域１４４ｂ、１４５ｂには１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度で含有しているが、この工程で添加するボロン（Ｂ）の濃度を１．５から３倍とすることにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能する上で何ら問題は生じない。
【００６２】
その後、図６（Ａ）に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜１４６を形成する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜１４６は無機絶縁物材料から形成する。保護絶縁膜１４６の膜厚は１００〜２００ｎｍとする。ここで、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、ＴＥＯＳ（Tetraethyl  OrthoＳｉlicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成する。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。
【００６３】
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工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行うこともできるが、レーザー光を用いた熱処理方法で活性化させても良い。この場合の熱処理条件は前述のものと同様なものとする。一方、熱アニール法で行う場合には酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。また、基板１０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合には、本発明のレーザー光を用いた熱処理方法を適用することが好ましい（図６（Ｂ））。
【００６４】
熱処理を行った後、さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を行った。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。
【００６５】
本発明のレーザー光を用いた熱処理方法とプラズマ水素化処理を組み合わせて行う場合には図３で示す構成の装置で行うことができる。具体的には、処理室８１８でレーザー光を用いた熱処理を行い、その後搬送手段８２０により基板を処理室８１６に移動してプラズマ水素化の処理を行う。処理室８１６には水素ガスまたはアンモニアガス等を導入するようにしておけばプラズマ水素化を容易に行うことができる。このように、基板を装置内に保持し、大気に晒すことなく連続処理することで基板表面の汚染を防止でき、また、スループットを向上させることができる。
【００６６】
そして、有機絶縁物材料からなる層間絶縁膜１４７を１．０〜２．０μｍの平均厚を有して形成する。有機樹脂材料としては、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。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３００℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合には、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレートで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリーンオーブンで２５０℃で６０分焼成して形成することができる。
【００６７】
このように、層間絶縁膜を有機絶縁物材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減するできる。しかし、吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施例のように、保護絶縁膜１４６として形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などと組み合わせて用いる必要がある。
【００６８】
その後、フォトマスク５（ＰＭ５）を用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体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する。コンタクトホールの形成はドライエッチング法により行う。この場合、エッチングガスにＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅの混合ガスを用い有機樹脂材料から成る層間絶縁膜をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ4、Ｏ2として保護絶縁膜１４６をエッチングする。さらに、島状半導体膜との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ3に切り替えてゲート絶縁膜をエッチングすることにより、良好にコンタクトホールを形成することができる。
【００６９】
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、フォトマスク６（ＰＭ６）によりレジストマスクパターンを形成し、エッチングによってソース配線１４８〜１５２とドレイン配線１５３〜１５７を形成する。ここで、ドレイン配線１５７は画素電極として機能するものである。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体膜のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成して配線とする。
【００７０】
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保護絶縁膜１４６や、下地膜１０２にに存在する水素を島状半導体膜１０４〜１０８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１０４〜１０８中の欠陥密度を１０16/cm3以下とすることが望ましく、そのために水素を０．０１〜０．１atomic％程度付与すれば良い（図６（Ｃ））。
【００７１】
こうして７枚のフォトマスクにより、同一の基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができる。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３、画素部には画素ＴＦＴ２０４、保持容量２０５が形成されている。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【００７２】
駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２００には、島状半導体膜１０４にチャネル形成領域２０６、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域２０７ａ、２０７ｂ、ドレイン領域２０８ａ，２０８ｂを有したシングルドレインの構造を有している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ２０１には、島状半導体膜１０５にチャネル形成領域２０９、ゲート電極１１９と重なるＬＤＤ領域２１０、ソース領域２１２、ドレイン領域２１１を有している。このＬＤＤ領域において、ゲート電極１１９と重なるＬＤＤ領域をＬovとするとそのチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとした。ｎチャネル型ＴＦＴにおけるＬＤＤ領域の長さをこのようにすることにより、ドレイン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができる。駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０２は同様に、島状半導体膜１０６にチャネル形成領域２１３、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域２１４ａ、２１４ｂ、ドレイン領域２１５ａ，２１５ｂを有したシングルドレインの構造を有している。第２のｎチャネル型ＴＦＴ２０３には、島状半導体膜１０７にチャネル形成領域２１６、ゲート電極１２１と一部が重なるＬＤＤ領域２１７、２１８、ソース領域２２０、ドレイン領域２１９が形成されている。このＴＦＴのゲート電極と重なるＬovの長さも０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとした。また、ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域をＬoffとして、このチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとした。画素ＴＦＴ２０４には、島状半導体膜１０８にチャネル形成領域２２１、２２２、ＬＤＤ領域２２３〜２２５、ソースまたはドレイン領域２２６〜２２８を有している。ＬＤＤ領域（Ｌoff）のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線１２３と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ２０４のドレイン領域２２８に接続する半導体膜２２９とから保持容量２０５が形成されている。図６（Ｃ）では画素ＴＦＴ２０４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。
【００７３】
図１６は画素部のほぼ一画素分を示す上面図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図６（Ｃ）に示す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴ２０４のゲート電極１２２は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体膜１０８と交差している。また、ゲート電極１２２はＡｌやＣｕなどの材料を用いて形成される低抵抗導電性材料から成るゲート配線９００と島状半導体膜１０８の外側でコンタクトホールを介さず接触している。図示はしていないが、島状半導体膜１０８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、２５６はソース配線１５２とソース領域２２６とのコンタクト部、２５７はドレイン配線１５７とドレイン領域２２８とのコンタクト部である。保持容量２０５は、画素ＴＦＴ２０４のドレイン領域２２８から延在する半導体膜２２９とゲート絶縁膜を介して容量配線１２３が重なる領域で形成されている。この構成におて半導体膜２２９には価電子制御を目的とした不純物元素は添加されていない。
【００７４】
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ている。このようなＴＦＴを設けたアクティブマトリクス基板を作製するために、本発明のレーザー光を用いた熱処理方法及びレーザー装置を適用すると特性の良いＴＦＴを作製することが可能で、また、生産性の向上を達成することができる。このようなアクティブマトリクス基板を用いて液晶表示装置やＥＬ表示装置を作製することができる。
【００７５】
[実施例２]
実施例１ではＴＦＴのゲート電極の材料にＷやＴａなどの耐熱性導電性材料を用いる例を示した。このような材料を用いる理由は、ゲート電極形成後に価電子制御を目的として半導体膜に添加した不純物元素を主として、４００〜７００℃の熱アニールによって活性化させること、エレクトロマイグレーションの防止、耐腐蝕性の向上など複数の要因に起因している。しかしながら、このような耐熱性導電性材料は面積抵抗で１０Ω程度あり、画面サイズが４インチクラスかそれ以上の液晶表示装置やＥＬ表示装置には適していない。ゲート電極に接続するゲート配線を同じ材料で形成すると、基板面上における引回し長さが必然的に大きくなり、配線抵抗の影響による遅延時間を無視することができなくなるためである。
【００７６】
例えば、画素密度がＶＧＡの場合、４８０本のゲート配線と６４０本のソース配線が形成され、ＸＧＡの場合には７６８本のゲート配線と１０２４本のソース配線が形成される。表示領域の画面サイズは、１３インチクラスの場合対角線の長さは３４０ｍｍとなり、１８インチクラスの場合には４６０ｍｍとなる。本実施例ではこのような液晶表示装置を実現する手段として、ゲート配線をＡｌや銅（Ｃｕ）などの低抵抗導電性材料で形成する方法について図７を用いて説明する。
【００７７】
まず、実施例１と同様にして図４（Ａ）〜図５（Ｄ）に示す工程を行う。そして、価電子制御を目的としてそれぞれの島状半導体膜に添加された不純物元素を活性化する処理を行う。この活性化の処理はレーザー光を用いた熱処理方法を用いることが最も好ましい。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する処理を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体膜のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い（図７（Ａ））。
【００７８】
活性化および水素化の処理が終了したら、ゲート配線を低抵抗導電性材料で形成する。この低抵抗導電性層はＡｌやＣｕを主成分とする導電層（Ｄ）で形成する。例えば、Ｔｉを０．１〜２重量％含むＡｌ膜を導電層（Ｄ）として全面に形成する（図示せず）。導電層（Ｄ）１４５は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。そして、フォトマスクを用いて所定のレジストパターンを形成し、エッチング処理して、ゲート配線１６３、１６４と容量配線１６５を形成する。エッチング処理はリン酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで導電層（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。そして保護絶縁膜１４６を形成する（図７（Ｂ））。
【００７９】
その後、実施例１と同様にして有機絶縁物材料から成る層間絶縁膜１４７、ソース配線１４８〜１５１、１６７、ドレイン配線１５３〜１５６、１６８を形成してアクティブマトリクス基板を完成させることができる。図８（Ａ）、（Ｂ）はこの状態の上面図を示し、図８（Ａ）のＢ−Ｂ'断面および図８（Ｂ）のＣ−Ｃ'断面は図７（Ｃ）のＡ−Ａ'およびＣ−Ｃ'に対応している。図８（Ａ）、（Ｂ）ではゲート絶縁膜、保護絶縁膜、層間絶縁膜を省略して示しているが、島状半導体膜１０４、１０５、１０８の図示されていないソースおよびドレイン領域にソース配線１４８、１４９、１６７とドレイン配線１５３、１５４、１６８がコンタクトホールを介して接続している。また、図８（Ａ）のＤ−Ｄ'断面および図８（Ｂ）のＥ−Ｅ'断面を図９（Ａ）と（Ｂ）にそれぞれ示す。ゲート配線１６３はゲート電極１１８、１１９と、またゲート配線１６４はゲート電極１２２と島状半導体膜１０４、１０５、１０８の外側で重なるように形成され、導電層（Ｃ）と導電層（Ｄ）が接触して電気的に導通している。このようにゲート配線低抵抗導電性材料で形成することにより、配線抵抗を十分低減できる。従って、画素部（画面サイズ）が４インチクラス以上の液晶表示装置やＥＬ表示装置に適用することができる。
【００８０】
[実施例３]
実施例１で作製したアクティブマトリクス基板はそのまま反射型の液晶表示装置に適用することができる。一方、透過型の液晶表示装置とする場合には画素部の各画素に設ける画素電極を透明電極で形成すれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置に対応するアクティブマトリクス基板の作製方法について図１０を用いて説明する。
【００８１】
アクティブマトリクス基板は実施例１と同様に作製する。図１１（Ａ）では、ソース配線とドレイン配線は導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。これは、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体膜のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成し、さらにＴｉ膜または窒化チタン（ＴｉＮ）膜を１００〜２００nmの厚さで形成して３層構造とした。その後、透明導電膜を全面に形成し、フォトマスクを用いたパターニング処理およびエッチング処理により画素電極１７１を形成する。画素電極１７１は、層間絶縁膜１４７上に形成され、画素ＴＦＴ２０４のドレイン配線１６９と重なる部分を設け、接続構造を形成している。
【００８２】
図１１（Ｂ）では最初に層間絶縁膜１４７上に透明導電膜を形成し、パターニング処理およびエッチング処理をして画素電極１７１を形成した後、ドレイン配線１６９を画素電極１７１と重なる部分を設けて形成した例である。ドレイン配線１６９はＴｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体膜のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成して設ける。この構成にすると、画素電極１７１はドレイン配線１６９を形成するＴｉ膜のみと接触することになる。その結果、透明導電膜材料とＡｌとが反応するのを防止できる。
【００８３】
透明導電膜の材料は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＳｎＯ2；ＩＴＯ）などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用いることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）を用いても良い。酸化インジウム酸化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ＩＴＯに対して熱安定性にも優れているので、ドレイン配線１６９の端面で接触するＡｌとの腐蝕反応を防止できる。同様に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを用いることができる。
【００８４】
このようにして、透過型の液晶表示装置に対応したアクティブマトリクス基板を完成させることができる。本実施例では、実施例１と同様な工程として説明したが、このような構成は実施例２で示すアクティブマトリクス基板に適用することができる。
【００８５】
[実施例４]
本実施例では実施例１で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。まず、図１２（Ａ）に示すように、図６（Ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板に柱状スペーサから成るスペーサを形成する。スペーサは数μｍの粒子を散布して設ける方法でも良いが、ここでは基板全面に樹脂膜を形成した後これをパターニングして形成する方法を採用する。このようなスペーサの材料に限定はないが、例えば、ＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、柱状スペーサ１７３の形状は柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保することができる。形状は円錐状、角錐状など特別の限定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、その高さを１．２〜５μｍとし、平均半径を５〜７μｍ、平均半径と底部の半径との比を１対１．５程度とする。このとき断面から見たテーパー角は±１５°以下とすると良い。
【００８６】
柱状スペーサの配置は任意に決定すれば良いが、好ましくは、図１２（Ａ）で示すように、画素部においてはドレイン配線１６１（画素電極）のコンタクト部２３５と重ねてその部分を覆うように柱状スペーサ１６８を形成すると良い。コンタクト部２３５は平坦性が損なわれこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、このようにしてコンタクト部２３５にスペーサ用の樹脂を充填する形で柱状スペーサ１６８を形成することでディスクリネーションなどを防止することができる。
【００８７】
その後、配向膜１７４を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂を用る。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにした。画素部に設けた柱状スペーサ１７３の端部からラビング方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるようにした。また、ラビング処理では静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上にもスペーサ１７２を形成しておくと、スペーサとしての本来の役割と、静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができる。
【００８８】
対向側の対向基板１７５には、遮光膜１７６、透明導電膜１７７および配向膜１７８を形成する。遮光膜１７６はＴｉ、Ｃｒ、Ａｌなどを１５０〜３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤１７９で貼り合わせる。シール剤１７９にはフィラー１８０が混入されていて、このフィラー１８０とスペーサ１７２、１７３によって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料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１２（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型の液晶表示装置が完成する。
【００８９】
図１２ではスペーサ１７２を駆動回路のＴＦＴ上の全面に形成する例を示したが、図１３に示すようにこのスペーサを複数個に分割してスペーサ１７２ａ〜１７２ｅとして形成しても良い。駆動回路が形成されている部分に設けるスペーサは、このように少なくとも駆動回路のソース配線およびドレイン配線を覆うように形成すれば良い。このような構成とすることによって、駆動回路の各ＴＦＴは、保護絶縁膜１４６と層間絶縁膜１４７とスペーサ１７２またはスペーサ１７２ａ〜１７２ｅによって完全に覆われ保護されることになる。
【００９０】
図１４はスペーサとシール剤を形成したアクティブマトリクス基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。画素部１８８の周辺に駆動回路として走査信号側駆動回路１８５と画像信号側駆動回路１８６が設けられている。さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路１８７も付加されていても良い。そして、これらの駆動回路は接続配線１８３によって外部入出力端子１８２と接続されている。画素部１８８では走査信号側駆動回路１８５から延在するゲート配線群１８９と画像信号駆動側回路１８６から延在するソース配線群１９０がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられている。
【００９１】
画素部において設けられる柱状スペーサ１７３は、すべての画素に対して設けても良いが、マトリクス状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜１００％とすると良い。また、駆動回路部に設けるスペーサ１７２、１７２'、１７２''はその全面を覆うように設けても良いし、図１３で示したように各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて複数個に分割して設けても良い。シール剤１７９は、基板１０１上の画素部１８８および走査信号側駆動回路１８５、画像信号側駆動回路１８６、その他の信号処理回路１８７の外側であって、外部入出力端子１８２よりも内側に形成する。
【００９２】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を図１５の斜視図を用いて説明する。図１５においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板１０１上に形成された、画素部１８８と、走査信号側駆動回路１８５と、画像信号側駆動回路１８６とその他の信号処理回路１８７とで構成される。画素部１８８には画素ＴＦＴ２０４と保持容量２０５が設けられ、画素部の周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号側駆動回路１８５と、画像信号側駆動回路１８６はそれぞれゲート配線１２２とソース配線１５２で画素ＴＦＴ２０４に接続している。また、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）１９１が外部入力端子１８２に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。そして接続配線１８３でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板１７５には図示していないが、遮光膜や透明電極が設けられている。
【００９３】
このような構成の液晶表示装置は、実施例１〜３で示すアクティブマトリクス基板を用いて形成することができる。実施例１、及び実施例２で示すアクティブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施例３で示すアクティブマトリクス基板を用いると透過型の液晶表示装置を得ることができる。
【００９４】
[実施例５]
本実施例では、実施例１ののアクティブマトリクス基板を用いてエレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）材料を用いた自発光型の表示パネル（以下、ＥＬ表示装置と記す）を作製する例について説明する。尚、ルミネッセンスには蛍光と燐光による発光が含まれるが、本明細書においていうエレクトロルミネッセンスには、そのどちらか一方、又はその両者による発光を含んでいる。図１７（Ａ）は本発明を用いたＥＬ表示パネルの上面図である。図１７（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線１４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続される。
【００９５】
図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）のＡ−Ａ'断面を表す図であり、このとき少なくとも画素部上、好ましくは駆動回路及び画素部上に対向板８０を設ける。対向板８０はシール材１９でＴＦＴとＥＬ材料を用いた発光層が形成されているアクティブマトリクス基板と貼り合わされている。シール剤１９にはフィラー（図示せず）が混入されていて、このフィラーによりほぼ均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられている。さらに、シール材１９の外側とＦＰＣ１７の上面及び周辺は封止剤８１で密封する構造とする。封止剤８１はシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ブチルゴムなどの材料を用いる。
【００９６】
このように、シール剤１９によりアクティブマトリクス基板１０と対向基板８０とが貼り合わされると、その間には空間が形成される。その空間には充填剤８３が充填される。この充填剤８３は対向板８０を接着する効果も合わせ持つ。充填剤８３はＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、エポキシ樹脂、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）などを用いることができる。また、発光層は水分をはじめ湿気に弱く劣化しやすいので、この充填剤８３の内部に酸化バリウムなどの乾燥剤を混入させておくと吸湿効果を保持できるので望ましい。また、発光層上に窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などで形成するパッシベーション膜８２を形成し、充填剤８３に含まれるアルカリ元素などによる腐蝕を防ぐ構造としていある。
【００９７】
対向板８０にはガラス板、アルミニウム板、ステンレス板、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、マイラーフィルム（デュポン社の商品名）、ポリエステルフィルム、アクリルフィルムまたはアクリル板などを用いることができる。また、数十μｍのアルミニウム箔をＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用い、耐湿性を高めることもできる。このようにして、ＥＬ素子は密閉された状態となり外気から遮断されている。
【００９８】
また、図１７（Ｂ）において基板１０、下地膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示している。）が形成されている。これらのＴＦＴの内特にｎチャネル型ＴＦＴにははホットキャリア効果によるオン電流の低下や、Ｖthシフトやバイアスストレスによる特性低下を防ぐため、本実施形態で示す構成のＬＤＤ領域が設けられている。
【００９９】
例えば、駆動回路用ＴＦＴ２２とし、図６（Ｃ）に示すｐチャネル型ＴＦＴ２００、２０２とｎチャネル型ＴＦＴ２０１、２０３を用いれば良い。また、画素部用ＴＦＴ２３には図６（Ｂ）に示す画素ＴＦＴ２０４またはそれと同様な構造を有するｐチャネル型ＴＦＴを用いれば良い。
【０１００】
図６（Ｃ）または図７（Ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板からＥＬ表示装置を作製するには、ソース配線、ドレイン配線上に樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６を形成し、その上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。透明導電膜に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。
【０１０１】
次に、発光層２９を形成する。発光層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。
【０１０２】
発光層はシャドーマスクを用いて蒸着法、またはインクジェット法、ディスペンサー法などで形成する。いずれにしても、画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣＭ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。勿論、単色発光のＥＬ表示装置とすることもできる。
【０１０３】
発光層２９を形成したら、その上に陰極３０を形成する。陰極３０と発光層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、真空中で発光層２９と陰極３０を連続して形成するか、発光層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで真空中で陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【０１０４】
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。具体的には発光層２９上に蒸着法で１nm厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上に３００nm厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そして陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、異方性導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。ＦＰＣ１７上にはさらに樹脂層８０が形成され、この部分の接着強度を高めている。
【０１０５】
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（発光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。
【０１０６】
また、配線１６はシーリル１９と基板１０との間を隙間（但し封止剤８１で塞がれている。）を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線１６について説明したが、他の配線１４、１５も同様にしてシーリング材１８の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１０７】
ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図１８に、上面構造を図１９（Ａ）に、回路図を図１９（Ｂ）に示す。図１８（Ａ）において、基板２４０１上に設けられたスイッチング用ＴＦＴ２４０２は実施例１の図６（Ｃ）の画素ＴＦＴ２０４と同じ構造で形成される。ダブルゲート構造とすることで実質的に二つのＴＦＴが直列された構造となり、オフ電流値を低減することができるという利点がある。なお、本実施例ではダブルゲート構造としているがトリプルゲート構造やそれ以上のゲート本数を持つマルチゲート構造でも良い。
【０１０８】
また、電流制御用ＴＦＴ２４０３は図６（Ｃ）で示すｎチャネル型ＴＦＴ２０１を用いて形成する。このとき、スイッチング用ＴＦＴ２４０２のドレイン線３５は配線３６によって電流制御用ＴＦＴのゲート電極３７に電気的に接続されている。また、３８で示される配線は、スイッチング用ＴＦＴ２４０２のゲート電極３９a、３９bを電気的に接続するゲート線である。
【０１０９】
このとき、電流制御用ＴＦＴ２４０３が本発明の構造であることは非常に重要な意味を持つ。電流制御用ＴＦＴはＥＬ素子を流れる電流量を制御するための素子であるため、多くの電流が流れ、熱による劣化やホットキャリアによる劣化の危険性が高い素子でもある。そのため、電流制御用ＴＦＴにゲート電極と一部が重なるＬＤＤ領域を設けることでＴＦＴの劣化を防ぎ、動作の安定性を高めることができる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
また、図１９（Ａ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲート電極３７となる配線は２４０４で示される領域で、電流制御用ＴＦＴ２４０３のドレイン線４０と絶縁膜を介して重なる。このとき、２４０４で示される領域ではコンデンサが形成される。このコンデンサ２４０４は電流制御用ＴＦＴ２４０３のゲートにかかる電圧を保持するためのコンデンサとして機能する。なお、ドレイン線４０は電流供給線（電源線）２５０１に接続され、常に一定の電圧が加えられている。
【０１１２】
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。後に形成される発光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、発光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。
【０１１３】
また、４３は反射性の高い導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陰極）であり、電流制御用ＴＦＴ２４０３のドレインに電気的に接続される。画素電極４３としてはアルミニウム合金膜、銅合金膜または銀合金膜など低抵抗な導電膜またはそれらの積層膜を用いることが好ましい。勿論、他の導電膜との積層構造としても良い。また、絶縁膜（好ましくは樹脂）で形成されたバンク４４a、４４bにより形成された溝（画素に相当する）の中に発光層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。
【０１１４】
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発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例ではポリマー系材料を発光層として用いる例を示したが、低分子系有機ＥＬ材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機ＥＬ材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１１５】
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発光層としている。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。
【０１１６】
陽極４７まで形成された時点で自発光素子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１９（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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
以上のように本願発明のＥＬ表示パネルは図１９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。
【０１１９】
図１８（Ｂ）は発光層の構造を反転させた例を示す。電流制御用ＴＦＴ２６０１は図６（Ｂ）のｐチャネル型ＴＦＴ２００を用いて形成される。作製プロセスは実施例１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。
【０１２０】
そして、絶縁膜でなるバンク５１a、５１bが形成された後、溶液塗布によりポリビニルカルバゾールでなる発光層５２が形成される。その上にはカリウムアセチルアセトネート（ａｃａｃＫと表記される）でなる電子注入層５３、アルミニウム合金でなる陰極５４が形成される。この場合、陰極５４がパッシベーション膜としても機能する。こうしてＥＬ素子２６０２が形成される。本実施例の場合、発光層５３で発生した光は、矢印で示されるようにＴＦＴが形成された基板の方に向かって放射される。本実施例のような構造とする場合、電流制御用ＴＦＴ２６０１はｐチャネル型ＴＦＴで形成することが好ましい。
【０１２１】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜２のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例８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。
【０１２２】
[実施例６]
本実施例では、図１９（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２０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。
【０１２３】
図２０（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。
【０１２４】
また、図２０（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。尚、図２０（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。
【０１２５】
また、図２０（Ｃ）は、図２０（Ｂ）の構造と同様に電流供給線２７０８をゲート配線２７０３と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線２７０８を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線２７０８をゲート配線２７０３のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。図２０（Ａ）、図２０（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。
【０１２６】
電流制御用ＴＦＴ２４０３として図１８（Ａ）に示すような本願発明のｎチャネル型ＴＦＴを用いているため、ゲート絶縁膜を介してゲート電極（と重なるように設けられたＬＤＤ領域を有している。この重なり合った領域には一般的にゲート容量と呼ばれる寄生容量が形成されるが、本実施例ではこの寄生容量をコンデンサ２４０４の代わりとして積極的に用いる点に特徴がある。この寄生容量のキャパシタンスは上記ゲート電極とＬＤＤ領域とが重なり合った面積で変化するため、その重なり合った領域に含まれるＬＤＤ領域の長さによって決まる。また、図２０（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。
【０１２７】
尚、本実施例の構成は、実施例１〜２のＴＦＴの構成を自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例８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。
【０１２８】
[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２１、図２２、図２３で説明する。
【０１２９】
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２１と図２２に示す。
【０１３０】
図２１（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。
【０１３１】
図２１（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。
【０１３２】
図２１（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。
【０１３３】
図２１（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、その他の駆動回路に使用することもできる。
【０１３４】
図２１（Ｅ）はテレビであり、本体９４０１、スピーカー９４０２、表示装置９４０３、受信装置９４０４、増幅装置９４０５等で構成される。実施例５で示す液晶表示装置や、実施例６または７で示すＥＬ表示装置は表示装置９４０３に適用することができる。
【０１３５】
図２１（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。
【０１３６】
図２２（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。
【０１３７】
図２２（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。
【０１３８】
図２２（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。
【０１３９】
図２３（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、表示装置３６０１、スクリーン３６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１４０】
図２３（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４で構成される。本発明は表示装置やその他の駆動回路に適用することができる。
【０１４１】
なお、図２３（Ｃ）は、図２３（Ａ）及び図２３（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２３（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。
【０１４２】
また、図２３（Ｄ）は、図２３（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２３（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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
[実施例８]
本発明の有効性を確認するため、非金属元素（Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた１種または複数種）のうち、アルゴン（Ａｒ）を用い、以下の実験を行った。
【０１４５】
半導体膜は５０nmの非晶質シリコン膜に１０ppmの酢酸ニッケル含有水溶液を塗布した後、５００℃にて１時間の脱水素処理と、５５０℃にて４時間の加熱処理により結晶化させた結晶質半導体膜を用いた。この結晶化半導体膜をパターニングした後、９０ｎｍの酸化珪素膜を形成した。そして、ゲッタリングサイトにリンをイオンドープ法で注入した試料、リンを注入した後にアルゴンを注入した試料、アルゴンのみを注入した試料をそれぞれ作製し、これらを比較評価した。この時、リンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とした。注入に要する時間は約８分であり、結晶質半導体膜には平均濃度で２×１０20/cm3のリンを注入することができる。一方、アルゴンは９０keVの加速電圧で、２×１０15または４×１０15/cm2のドーズ量で注入した。アルゴンは９９．９９９９％以上のものを用い、注入に要する時間は１〜２分でよかった。
【０１４６】
ゲッタリングは窒素雰囲気中、５５０℃にて４時間の加熱処理をもって行った。ゲッタリング後、酸化珪素膜を除去した後、ＦＰＭで処理した。ゲッタリングの効果は、結晶質半導体膜の被ゲッタリング領域におけるエッチピットの数により確認した。即ち、添加したニッケルの大部分はニッケルシリサイドとして結晶質半導体膜に残存するが、これはＦＰＭ（フッ酸、過酸化水素水、純水の混合液）によりエッチングされることが知られている。従って、被ゲッタリング領域をＦＰＭで処理してエッチピットの有無を確認することにより、ゲッタリングの効果を確認することができる。この場合、エッチピットの数が少ない程、ゲッタリングの効果が高いことを意味する。図２５にエッチピットが形成された試料の簡略図を示す。なお、図２５中、ドープ領域１０４０１とはアルゴンまたはリンが添加された領域を示している。ゲッタリングされた領域（被ゲッタリング領域）１０４０２に存在するエッチピット１０４０３の数を光学顕微鏡で見ながらカウントしてエッチピット密度を得た。
【０１４７】
図２４にその結果を示す。図２４において、Ｐと示した試料は、リンのみを添加した試料であり、この試料のリンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とした。また、図２４において、Ｐ＋Ａｒ（１ｍｉｎ）と示した試料は、リンとアルゴンとを添加した試料であり、この試料のリンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とし、アルゴンの注入条件は、９０keVの加速電圧で、２×１０15/cm2のドーズ量とし、アルゴンの注入に要する時間を１分とした。また、図２４において、Ｐ＋Ａｒ（２ｍｉｎ）と示した試料は、リンとアルゴンとを添加した試料であり、この試料のリンの注入条件は、水素で希釈された５％のＰＨ3を用い、加速電圧８０keV、ドーズ量１．５×１０15/cm2とし、アルゴンの注入条件は、９０keVの加速電圧で、４×１０15/cm2のドーズ量とし、アルゴンの注入に要する時間を２分としたものである。また、図２４において、Ａｒと示した試料は、アルゴンのみを添加した試料であり、この試料のアルゴンの注入条件は、９０keVの加速電圧で、２×１０15/cm2のドーズ量とした。
【０１４８】
図２４の実験結果より、リンのみを添加した試料が３．５×１０-3個/μm2のエッチピット密度であるのに対し、アルゴンを添加してゲッタリングした試料はエッチピットの数は５×１０-4個/μm2以下であり、その数が極端に減少していることが解る。この結果は、アルゴンを注入することによりゲッタリングの効果が極端に高められることを意味し、本発明の非金属元素（Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた１種または複数種）を用いたゲッタリングが極めて有効であることを示している。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明により、珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜に含まれる金属をゲッタリングする際の、ゲッタリングの効率および効果のうち少なくともひとつを改善する。
本明細書において、ゲッタリングの効率を改善するとは、素子活性領域に含まれる金属の量を軽減するための熱供給量（＝温度×時間）を少なくすることとする。
また、本明細書のおいて、ゲッタリングの効果を改善するとは、熱供給量が同じであっても、素子活性領域の被ゲッタリング金属の残留量をより少なくすることとする。
【０１５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体薄膜の結晶化とゲッタリングの模式図。
【図２】本発明のゲッタリングの際に形成する、半導体薄膜と酸化珪素膜の島状物の模式図。
【図３】本発明のゲッタリングの際に形成する、半導体薄膜と酸化珪素膜の島状物の模式図。
【図４】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図５】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図６】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図７】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図８】  駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す上面図。
【図９】  駆動回路のＴＦＴと画素ＴＦＴの構造を示す断面図。
【図１０】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１３】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を示す断面図。
【図１４】  液晶表示装置の入力端子、配線、回路配置、スペーサ、シール剤の配置を説明する上面図。
【図１５】  液晶表示装置の構成を説明する斜視図。
【図１６】  画素部の画素を示す上面図。
【図１７】  ＥＬ表示装置の構造を示す上面図及び断面図。
【図１８】  ＥＬ表示装置の画素部の断面図。
【図１９】  ＥＬ表示装置の画素部の上面図と回路図。
【図２０】  ＥＬ表示装置の画素部の回路図の例。
【図２１】  半導体装置の一例を示す図。
【図２２】  半導体装置の一例を示す図。
【図２３】  プロジェクターの一例を示す図。
【図２４】  ゲッタリング後のＦＰＭ処理により観察されるエッチピット密度（個／μm2）を示すグラフ。
【図２５】  ゲッタリング後のＦＰＭ処理により観察されるエッチピットを示す簡略図。
【符号の説明】
１０１０１…絶縁膜基板。ガラス基板、石英基板など。
１０１０２…珪素を主成分とする非晶質構造を有する半導体薄膜
１０１０３…酢酸Ｎｉ水溶液
１０１０４…島状の絶縁膜
１０１０６…非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域
１０１０７…珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜
１０１０８…非金属元素または非金属元素のイオンが添加された領域と添加されない領域との境界面。
１０１０９…非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域
１０１１０…Ｎｉが移動する方向
１０２０１…島状の絶縁膜
１０２０２…珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜の表面と平行な面
１０２０３…珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜の表面
１０２０４…非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域
１０２０５…非金属元素または該非金属元素のイオンが添加された領域
１０２０６…珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜
１０２０７…絶縁膜基板。ガラス基板、石英基板など。
１０２０８…珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜の表面と平行な面に対する島状の絶縁膜の形状。
１０３０１…島状の絶縁膜
１０３０２…珪素を主成分とする結晶質半導体薄膜
１０３０３…絶縁膜基板。ガラス基板、石英基板など。
【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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