CN102763213A - 薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管器件以及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管器件以及显示装置。该薄膜晶体管器件的制造方法包括：在基板上形成多个栅电极的工序(S11)；在多个栅电极上形成栅极绝缘层的工序(S12)；在栅极绝缘层上形成非晶硅层的工序(S13)；使用预定激光使非晶硅层结晶化而生成结晶硅层的工序(S14)；以及在与多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域形成源电极和漏电极的工序(S18)，所述栅极绝缘层的膜厚、非晶硅层的膜厚形成为满足预定的条件式。由此，能够使用可见光区域波长的激光来形成结晶性稳定的结晶硅膜。

Description

薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管器件以及显示装置

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管器件以及显示装置。

背景技术

例如具有构成液晶面板或者有机EL(电致发光)面板的薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)。薄膜晶体管的沟道部由作为非晶硅的a-Si或者作为结晶的多晶硅的Poly-Si形成。通常，在形成非晶硅层(a-Si层)之后，对该非晶硅层例如照射准分子等激光来瞬间使温度上升而使之结晶化，由此形成薄膜晶体管的沟道部的结晶硅层(Poly-Si层)。

另外，作为薄膜晶体管的构造存在底栅构造和顶栅构造，所述底栅构造是从沟道部的x-Si(x是a或者Poly)观察而栅极金属被配置在基板侧的构造，所述顶栅构造是从沟道部的x-Si观察而栅极金属以及源极、漏极金属被配置在与基板相反的方向上的构造。底栅构造主要使用于具有由非晶硅层形成的沟道部的a-Si薄膜晶体管，顶栅构造主要使用于具有由结晶硅层形成的沟道部的Poly-Si薄膜晶体管。作为构成大面积的显示装置所使用的液晶面板或者有机EL面板的薄膜晶体管的构造，通常为底栅构造。

进一步，也存在Poly-Si薄膜晶体管为底栅构造的情况，具有能抑制制作成本的优点。在这种底栅构造的Poly-Si薄膜晶体管中，对非晶硅层照射激光来进行结晶化，由此形成结晶硅层。在该方法(激光退火结晶化法)中，通过基于激光照射的热使非晶硅层结晶化。

但是，对于构成有机EL面板的薄膜晶体管要求特别均匀的特性，然而在将上述激光退火结晶化法应用于制造底栅构造的薄膜晶体管的情况下会产生不良情况(问题)。具体而言，在底栅构造的薄膜晶体管中，首先使用与硅、绝缘膜相比导热率高的金属材料来形成栅电极，之后形成绝缘层和非晶硅层。因此，在通过激光退火结晶化法对底栅构造的非晶硅层照射激光来进行结晶化时，存在以下问题：应该是非晶硅层的结晶化所需的热会被栅电极吸收而发生传播，非晶硅层没有充分结晶化而产生结晶性降低、不均匀。

对此，公开了以下方法：在栅电极的附近区域即沟道附近配置虚设栅极图案，由此减少处于栅电极和虚设栅极图案上方的非晶硅层中各自的热容量的差(例如专利文献1)。另外，公开了以下方法：使栅电极向激光的扫描上游侧伸长，由此利用伸长的栅电极部分的预退火效果，在激光到达薄膜晶体管的沟道区域之前，使栅电极热饱和，减少栅电极对硅薄膜中产生的热的吸收(例如专利文献2)。

在先技术文献

专利文献1：日本特开平10-242052号公报

专利文献2：日本特开2007-035964号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述以往的方法中，存在以下所述的问题。即，在专利文献1和专利文献2所公开的方法中，作为激光到达栅电极上方的硅薄膜之前使栅电极热饱和的手段，在栅电极周围、以及与栅电极接触地配置电极材料。因此，存在以下问题：在使用底栅构造的薄膜晶体管制作更高精细的显示装置的情况下，难以紧密地配置栅电极图案。进一步，在上述专利文献2所公开的方法中，产生以下制约：即必须将薄膜晶体管配置成薄膜晶体管的沟道方向与扫描方向始终平行。这会显著降低显示装置的像素内的电路图案的设计自由度，因此在制作更高精细的显示装置的情况下会成为严重的问题。

另外，在通过可见光区域的固体激光的扫描来进行激光退火结晶化法的情况下，会产生与通过准分子激光的扫描来进行激光退火结晶化法的情况不同的问题。具体而言，当通过可见光区域的固体激光的扫描来进行激光退火结晶化法时，非晶硅层中的热扩散长度更长，因此栅电极对导热的影响更显著，结晶化变得不充分。使用图1来说明该情况。图1是表示通过可见光区域的固体激光的扫描来进行了激光退火结晶化法时的结晶不均匀的图。

如图1的右图所示，发现结晶不均匀产生于扫描的上游侧(图中的右方向)。在此，图1的左图是表示对于图1的右图的多个栅极金属中的一个栅极金属上的非晶硅的结晶化率的图。在图1的左图中，例如结晶化率80％表示粒径30nm～40nm的结晶硅，例如结晶化率40％表示粒径10nm～20nm的结晶硅。因而，如图1的左图所示，发现在结晶化不充分(不均匀)的情况下会产生结晶不均匀。这样，在通过可见光区域的固体激光的扫描来进行激光退火结晶化法的情况下，结晶化变得不充分，因此存在以下问题：使用该结晶硅的薄膜晶体管会产生特性劣化、各个晶体管之间会产生特性不均匀。

本发明是鉴于上述问题而完成的发明，目的在于提供一种能够使用可见光区域波长的激光来形成结晶性稳定的结晶硅膜的薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管器件以及使用该薄膜晶体管器件的显示装置。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明的一个方式所涉及的薄膜晶体管器件的制造方法包括：第一工序，准备基板；第二工序，在所述基板上形成多个栅电极；第三工序，在所述多个栅电极上形成绝缘层；第四工序，在所述绝缘层上形成非晶硅层；第五工序，使波长405nm以上且488nm以下的预定激光器相对于所述基板在一定方向上相对移动，使用从所述预定激光器照射的激光使所述非晶硅层结晶化而生成结晶硅层；以及第六工序，在与所述多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域形成源电极和漏电极，将对所述非晶硅层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为X，所述非晶硅层的光学膜厚为对所述非晶硅层的膜厚乘以所述非晶硅层的折射率而得到的值，将对所述绝缘层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为Y，所述绝缘层的光学膜厚为对所述绝缘层的膜厚乘以所述绝缘层的折射率而得到的值，进一步，将所述非晶硅层的密度设为ρ_Si，将所述非晶硅层的比热设定为c_Si，将所述栅电极的膜厚设为d_G，将所述栅电极的密度设定为ρ_G，将所述栅电极的比热设为c_G，将所述栅电极上方的硅层和不在所述栅电极的上方的硅层各自对于所述激光的光吸收率相等时的所述栅电极的吸收率的最大值设为A_G，将通过(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G ×c_G)这一算式算出的值设为ΔA’，则所述绝缘层的膜厚和所述非晶硅层的膜厚满足属于通过以下式(1)至式(4)区划的范围的所述X和所述Y。

式(1)Y≤-0.5634X+(0.8357+27.083×ΔA’)

式(2)Y≤0.5634X+(0.2363+27.083×ΔA’)

式(3)Y≥-0.548X+(0.6545-29.167×ΔA’)

式(4)Y≥0.548X+(0.0715-29.167×ΔA’)

发明的效果

根据本发明，能够实现能够使用可见光区域波长的激光来形成结晶性稳定的结晶硅膜的薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管器件以及使用了该薄膜晶体管器件的显示装置。具体而言，能够实现一种薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管器件以及使用了该薄膜晶体管器件的显示装置，其通过形成所述硅薄膜和栅极绝缘层以使得各自的膜厚满足预定的条件，能够例如不对栅电极的图案形状等、特别是薄膜晶体管器件的构造加以变更而使用可见光区域波长的激光来形成结晶性稳定的结晶硅层。

附图说明

图1是表示在通过可见光区域的固体激光的扫描来进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶不匀的图。

图2是表示构成本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的构造的剖视图。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的显示装置的等效电路的图。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造工序的流程图。

图5A是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5B是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5C是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5D是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5E是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5F是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5G是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5H是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5I是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图5J是用于说明本发明的实施方式所涉及的显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。

图6是示意表示图4的S14中的激光退火的图。

图7A是用于说明振幅透射率以及振幅透射率的计算方法的图。

图7B是用于说明振幅透射率以及振幅透射率的计算方法的图。

图8是用于表示在通过激光退火结晶化法来形成结晶硅层的情况下的栅极绝缘层与非晶硅层具有合适的厚度范围的情形的图。

图9是表示将图8的横轴的值转换为非晶硅层的膜厚而得到的值的示例的图。

图10A是表示将图8的纵轴的值转换为构成栅极绝缘层13的氧化硅膜或者氮化硅膜的膜厚而得到的值的示例的图。

图10B是表示将图8的纵轴的值转换为构成栅极绝缘层13的氧化硅膜或者氮化硅膜的膜厚而得到的值的示例的图。

图11是在图8中用于算出栅极绝缘层和非晶硅层的合适的膜厚范围的图。

图12是表示用于仿真的模型的图。

图13是表示在图8中本仿真所实施的膜厚条件位置的图。

图14是表示第一区域和第二区域的非晶硅层表面的最高到达温度的位置依赖性的仿真结果的图。

图15是表示第一区域和第二区域的非晶硅层表面的最高到达温度的位置依赖性的仿真结果的图。

图16A是表示在将非晶硅层设为35nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图16B是表示在将非晶硅层设为40nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图16C是表示在将非晶硅层设为45nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图16D是表示在将非晶硅层设为50nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图16E是表示在将非晶硅层设为55nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图17A是表示在将栅极绝缘层13设为120nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图17B是表示在将栅极绝缘层13设为130nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图17C是表示在将栅极绝缘层13设为150nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图17D是表示在将栅极绝缘层13设为160nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。

图18A是表示对本发明的实施方式的构造使用可见光区域的固体激光进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶硅层的结晶性的图。

图18B是表示对以往的构造1使用可见光区域的固体激光进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶硅层的结晶性的图。

图18C是表示对以往的构造2使用可见光区域的固体激光进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶硅层的结晶性的图。

图19是用于说明本发明的实施方式的效果的图。

图20是表示使用本发明的薄膜晶体管的显示装置的一例的图。

标号说明

1：开关晶体管；2：驱动晶体管；3：数据线；4：扫描线；5：电流供给线；6：电容；7：有机EL元件；10、404、510：基板；11：底涂层；12、512：栅电极；13：栅极绝缘层；14、16、514：非晶硅层；15：结晶硅层；17：n+硅层；18：源、漏电极；100：薄膜晶体管；401、402、403：层。

具体实施方式

第一方式的薄膜晶体管器件的制造方法，包括：第一工序，准备基板；第二工序，在所述基板上形成多个栅电极；第三工序，在所述多个栅电极上形成绝缘层；第四工序，在所述绝缘层上形成非晶硅层；第五工序，使波长405nm以上且488nm以下的预定激光器相对于所述基板在一定方向上相对移动，使用从所述预定激光器照射的激光使所述非晶硅层结晶化而生成结晶硅层；以及第六工序，在与所述多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域形成源电极和漏电极，将对所述非晶硅层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为X，所述非晶硅层的光学膜厚为对所述非晶硅层的膜厚乘以所述非晶硅层的折射率而得到的值，将对所述绝缘层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为Y，所述绝缘层的光学膜厚为对所述绝缘层的膜厚乘以所述绝缘层的折射率而得到的值，进一步，将所述非晶硅层的密度设为ρ_Si，将所述非晶硅层的比热设定为c_Si，将所述栅电极的膜厚设为d_G，将所述栅电极的密度设定为ρ_G，将所述栅电极的比热设为c_G，将所述栅电极上方的硅层和不在所述栅电极的上方的硅层各自对于所述激光的光吸收率相等时的所述栅电极的吸收率的最大值设为A_G，将通过(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G×c_G)这一算式算出的值设为ΔA’，

则所述绝缘层的膜厚和所述非晶硅层的膜厚满足属于通过以下式(1)至式(4)区划的范围的所述X和所述Y。

式(1)Y≤-0.5634X+(0.8357+27.083×ΔA’)

式(2)Y≤0.5634X+(0.2363+27.083×ΔA’)

式(3)Y≥-0.548X+(0.6545-29.167×ΔA’)

式(4)Y≥0.548X+(0.0715-29.167×ΔA’)

根据本方式，通过作为栅极绝缘层的绝缘层膜厚以及成为沟道层的非晶硅层的膜厚满足上述条件，能够(1)将不在所述栅电极的上方(以下称为第二区域)的非晶硅层的光吸收率设定为大于所述栅电极的上方(以下称为第一区域)的非晶硅层的光吸收率，并且(2)将所述栅电极的上方的硅层的发热温度设定为大于所述非晶硅层的熔点。

因而，首先，根据(1)的效果，所述第二区域的非晶硅层的发热大于所述第一区域的非晶硅层的发热。由此，在从所述预定激光器照射的激光到达所述激光开始照射的所述栅电极的起始端部之前，在所述第二区域的非晶硅层中产生的热预先传播到所述栅电极，使所述栅电极处于热饱和的状态。

其结果，从所述激光开始照射的所述栅电极的起始端部到结束照射所述激光的所述栅电极的终端部，能够降低由所述第一区域的非晶硅层产生的热被所述栅电极吸收的比例，因此能够将所述第一区域的非晶硅层的发热温度分布控制为大致均匀。由此，能够将使所述非晶硅层结晶化而得到的结晶硅层内生成的结晶组织控制为大致均匀。

进一步，根据(2)的效果，即使在所述第二区域的非晶硅层的光吸收率过度大于所述第一区域的非晶硅层的光吸收率的情况下、即所述第二区域的非晶硅层的发热极端大于所述第一区域的非晶硅层的发热的情况下，通过所述第一区域和所述第二区域的非晶硅层熔融而成为熔融硅，其导热率也会增加到与通常作为栅电极使用的金属的导热率相同程度的值。

由此，由所述第二区域的熔融的硅层产生的热，相对于通过所述绝缘膜而传播到所述栅电极，更多的成为向所述第一区域的熔融的硅层传播，因此由所述第二区域的熔融的硅层产生的热不会过度地传播到所述栅电极。因此，所述栅电极的发热温度的分布不会恶化，因此能避免与所述栅电极的发热温度的分布恶化相伴的所述第一区域的硅层的发热温度分布的均匀性降低。

如上所述，根据上述(1)和(2)的复合效果，能够实现一种薄膜晶体管器件，其能保持使所述非晶硅层结晶化而得到的结晶硅层内生成的结晶组织的均匀性，其结果，从与所述激光开始照射的所述栅电极的起始端部对应的结晶硅层到与结束照射所述激光的所述栅电极的终端部对应的结晶硅层，能够抑制所述结晶硅层内的结晶率不匀。

在第二方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述非晶硅层的膜厚和所述绝缘层的膜厚满足属于通过以下式(5)和式(6)区划的范围的所述X和所述Y。

式(5)0.473≤X≤0.591

式(6)0.422≤Y≤0.519

根据本方式，即使构成薄膜晶体管器件的绝缘层(栅极绝缘层)和非晶硅层的膜厚分别从目标膜厚变化10％，也能够实现所述结晶硅层内的结晶率不匀得到了抑制的薄膜晶体管器件。

在第三方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，在所述第六工序中，所述预定激光器在振荡模式为连续振荡或者虚拟连续振荡模式的振荡模式下照射所述激光。

在第四方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述绝缘层是相对于所述激光的波长的所述绝缘层的消光系数为0.01以下的膜。

在第五方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述绝缘层是氧化硅膜。

在第六方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述绝缘层是氮化硅膜。

在第七方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述预定激光器的波长为445nm～455nm。

在第八方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述预定激光器设置于固体激光装置。

在第九方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述预定激光器设置于使用了半导体激光元件的激光装置。

在第十方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，在所述第六工序中，所述激光在所述非晶硅层上的照射能量密度的变动小于5％左右。

在第十一方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，所述第二工序包括：在所述基板上形成由氧化硅形成的底涂层的工序；和在所述底涂层上形成多个栅电极的工序。

第十二方式的一种薄膜晶体管器件，具备：基板；多个栅电极，其形成于所述基板上；绝缘层，其层叠在所述多个栅电极上；结晶硅层，其形成于所述绝缘层上；以及源电极和漏电极，其形成于与所述多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域，在所述绝缘层上形成非晶硅层之后，使预定激光器相对于所述基板在一定方向上相对移动，使用从所述预定激光器照射的激光使所述非晶硅层结晶化而生成所述结晶硅层，将对所述非晶硅层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为X，所述非晶硅层的光学膜厚为对所述非晶硅层的膜厚乘以所述非晶硅层的折射率而得到的值，将对所述绝缘层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为Y，所述绝缘层的光学膜厚为对所述绝缘层的膜厚乘以所述绝缘层的折射率而得到的值，进一步，将所述非晶硅层的密度设为ρ_Si，将所述非晶硅层的比热设为c_Si，将所述栅电极的膜厚设为d_G，将所述栅电极的密度设为ρ_G，将所述栅电极的比热设为c_G，将所述栅电极上方的硅层和不在所述栅电极的上方的硅层各自对于所述激光的光吸收率相等时的所述栅电极的吸收率的最大值设为A_G，将通过(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G×c_G)这一算式算出的值设为ΔA’，则所述绝缘层的膜厚和所述非晶硅层的膜厚满足属于通过上述式(1)至式(4)区划的范围的所述X和所述Y。

第十三方式的显示装置包括液晶面板或者有机EL面板，具备第十二方式所述的薄膜晶体管器件，所述薄膜晶体管器件对所述液晶面板或者有机EL面板进行驱动。

在第十四方式的显示装置中，所述显示装置为有机EL面板。

第十五方式的薄膜晶体管器件的制造方法包括：第一工序，准备基板；第二工序，在所述基板上形成多个栅电极；第三工序，在所述多个栅电极上形成绝缘层；第四工序，在所述绝缘层上形成非晶硅层；第五工序，使波长405nm以上且488nm以下的预定激光器相对于所述基板在一定方向上相对移动，使用从所述预定激光器照射的激光使所述非晶硅层结晶化而生成结晶硅层；以及第六工序，在与所述多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域形成源电极和漏电极，在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成为使得在所述第五工序中，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极外的所述预定激光器的相对移动方向的上游区域的所述非晶硅层的最高到达温度高于使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极上的区域的所述非晶硅层的最高到达温度，并且，使得在所述栅电极上的区域内，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述非晶硅层的最高到达温度大致一定。

在第十六方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成所述栅电极的膜厚、所述绝缘层的膜厚以及所述非晶硅层的膜厚，使得在所述第五工序中，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极外的所述预定激光器的相对移动方向的上游区域的所述非晶硅层的最高到达温度高于使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极上的区域的所述非晶硅层的最高到达温度，并且，使得在所述栅电极上的区域内，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述非晶硅层的最高到达温度大致一定。

第十七方式的薄膜晶体管器件的制造方法，包括：第一工序，准备基板；第二工序，在所述基板上形成栅电极；第三工序，在所述栅电极上形成绝缘层；第四工序，在所述绝缘层上形成含有半导体材料的层；第五工序，对所述半导体材料的层照射波长405nm以上且488nm以下的预定激光，使所述半导体材料结晶化而生成半导体层；以及第六工序，在与第一区域不同的第二区域的所述半导体层上形成源电极和漏电极，所述第一区域为与所述栅电极对应的区域，所述第二区域为与所述栅电极不对应的区域，在所述第二工序、所述第三工序以及所述第五工序中，通过以使得所述半导体材料的层在所述第二区域的每单位体积的发热量大于所述半导体材料的层在所述第一区域的每单位体积的发热量的方式生成所述半导体层，从而在所述第五工序中，对从通过照射所述预定激光而发热的所述第一区域的所述半导体材料的层向所述第二区域的所述半导体材料的层的热量扩散进行抑制而蓄热，并且，在发热的所述第一区域的所述半导体材料的层中，形成具有相等的温度分布的部位，使所述半导体材料结晶化，所述热量是向所述栅电极导热而被所述栅电极吸收的热量。

在第十八方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成所述栅电极的膜厚、所述绝缘层的膜厚以及所述半导体材料的层的膜厚，使得所述半导体材料的层在所述第二区域的每单位体积的发热量大于所述半导体材料的层在所述第一区域的每单位体积的发热量。

在第十九方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，在所述第五工序中的所述预定激光相对于所述基板的相对移动方向上，所述半导体材料的层的所述第二区域相对于所述第一区域与上游区域和下游区域对应。

在第二十方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成为使得在所述第五工序中，所述半导体材料的层在所述第二区域的每单位体积的发热量比半导体材料的层在所述第一区域的每单位体积的发热量大所述栅电极的每单位体积的发热量以上。

在第二十一方式的薄膜晶体管器件的制造方法中，在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成为使得在所述第五工序中，形成于所述半导体材料的层的所述第一区域的所述具有相等的温度分布的部位的大小相对于所述第一区域为0.8以上且1.0以下。

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

图2是表示构成本发明的实施方式所涉及的有机发光显示装置的薄膜晶体管的构造的剖视图。

图2示出的薄膜晶体管100是底栅构造的薄膜晶体管，薄膜晶体管100具备基板10、底涂层11、栅电极12、栅极绝缘层13、结晶硅层15、非晶硅层16、n+硅层17以及源、漏电极18。

基板10为例如由透明的玻璃或者石英形成的绝缘基板。

底涂层11形成于基板10上，例如由氮化硅(SiNx)层、氧化硅(SiOx)层及其层叠体等构成。在此，优选底涂层11以1.5＜x＜2.0的氮化硅(SiNx)构成为300nm以上～1500nm以下的膜厚。更优选的底涂层11的膜厚范围为500nm以上～1000nm以下。这是因为，当增加底涂层11的厚度时能够降低向基板10的热负载，但是当过厚时则会产生膜剥离、裂纹。

栅电极12形成于底涂层11上，栅电极12典型地由钼(Mo)等金属、Mo合金等(例如MoW(钼、钨合金))金属形成。栅电极12为能耐受硅的熔点温度的金属即可，因此还可以由包括W(钨)、Ta(钽)、Nb(铌)、Ni(镍)、Cr(铬)以及Mo的它们的合金形成。栅电极12的膜厚优选为30nm以上～300nm以下，更优选为50nm以上～100nm以下。这是因为当栅电极12的膜厚较薄时，栅电极12的透射率会增加，以下所述激光的反射容易降低。另外，当栅电极12的膜厚较厚时，以下所说明的栅极绝缘层13的覆盖性(coverage)会降低，特别是在栅电极的端部由于栅极绝缘膜会层断而栅电极12与n+硅层17会电导通等，薄膜晶体管100的特性容易劣化。

栅极绝缘膜13形成为覆盖栅电极12，为例如由氧化硅膜或者氮化硅膜形成的透明绝缘层。

栅极绝缘膜13的膜厚例如以使得对栅极绝缘层13的光学膜厚除以预定的激光的波长而得到的值成为0.357～0.617(优选0.422～0.519)的膜厚来形成，所述栅极绝缘层13的光学膜厚为对栅极绝缘层13的膜厚乘以栅极绝缘层13的折射率而得到的值。也即是，栅极绝缘层13的膜厚具有对通过激光退火结晶化法形成结晶硅层15的情况合适的范围。该合适的范围以一定的关系式表现。后面详细说明该一定的关系式。

结晶硅层15形成于栅极绝缘层13上，由多晶硅层(Poly-Si层)形成。在栅极绝缘层13上形成由a-Si形成的非晶硅层14(未图示)之后，对该非晶硅层14照射激光来使之多晶化(也包括微结晶化)，由此形成该结晶硅层15。

在此，多晶是指不仅是由50nm以上的结晶形成的狭义的多晶、还包括由50nm以下的结晶形成的狭义的微结晶的广义的含义。下面，将多晶记载为广义的含义。

用于照射激光的激光源是可见光区域波长的激光。该可见光区域波长的激光为大约380nm～780nm波长的激光，优选为405nm～488nm波长的激光。更优选为445nm～455nm波长的蓝色激光。

原因是，在可见光的波长区域中，蓝色区域的非晶硅的吸收率较大。例如，在a-Si(45nm)/玻璃的结构的基板中，在λ＝455nm时吸收率为45.5％，在λ＝532nm时吸收率为24.1％。这是意味着，在假设用于照射激光的激光源的电力效率相同的情况下，当使用蓝色激光时，能够高能量效率地进行退火，因此能够使结晶化所需的电力成为大约一半。另外是因为：在蓝色激光中，特别是在波长445nm～455nm的区域，即使非晶硅(a-Si)的膜质从非晶质变化为了结晶质，吸收率的降低也较少、降低约为10％。也即是因此：即使非晶硅(a-Si)的膜质不匀而其光学常数发生了变化，也能够保持较高的吸收率，能够稳定地进行结晶化。当前，蓝色激光二极管激光单体的输出较小、为mW等级，但是原理上能够通过集束多个这些蓝色激光二极管激光单体来产生其它波长得到的输出以上的激光。另外，在这种方式下必然形成非相干激光束，因此也具有激光束成形容易的效果。

另外，可见光区域波长的激光为连续振荡或者虚拟连续的振荡模式即可。原因是，在该可见光区域波长的激光为连续振荡或者虚拟连续的振荡模式以外的振荡模式的脉冲振荡模式的情况下，会成为对非晶硅层14非连续地照射激光，因此无法将非晶硅层14始终保持为熔融状态。另外，也包括虚拟连续的振荡模式的理由是由于，通过趁着非晶硅层14没有冷却到其熔点以下而施加脉冲来使之再次加热，能够维持其熔融状态。即，虚拟连续振荡模式的优选方式是能够趁着非晶硅层14没有冷却到其熔点以下而施加脉冲来使之再次加热、并且能够维持其熔融状态的方式。另外，该可见光区域波长的激光器可以是固体激光装置，也可以是使用了半导体激光元件的激光装置。总之，由于能够高精度地控制激光，因此是优选的。进一步，可见光区域波长的激光为了形成没有结晶不均匀的结晶硅层15，优选照射到非晶硅层14上时的照射能量密度的变动小于5％左右。通过形成没有结晶不均匀的结晶硅层15，能够达成薄膜晶体管的最初设计特性，另外，能够实现特性的均匀化。

非晶硅层14由非晶硅即a-Si形成，形成于栅极绝缘层13上。非晶硅层14的膜厚例如以使得对非晶硅层14的光学膜厚除以预定的激光的波长而得到的值成为0.354～0.709(优选0.473～0.591)的膜厚来形成，所述非晶硅层14的光学膜厚为对非晶硅层14的膜厚乘以非晶硅层14的折射率而得到的值。非晶硅层14的膜厚例如优选为30nm～60nm，更优选为40nm～50nm。在此，预定的激光的波长为455nm。这样，非晶硅层14的膜厚对通过激光退火结晶化法形成结晶硅层15的情况具有合适的范围。该合适的范围根据以下说明的技术思想以一定的关系式表现。下面，取为如上所述那样栅极绝缘层13通过氧化硅膜或者氮化硅膜形成为消光系数为0.01以下的透明绝缘层来进行说明。

具体而言，首先定义用于表现关系式的变量。即，将对非晶硅层14的光学膜厚除以激光的波长而得到的值设为X，所述非晶硅层14的光学膜厚为对非晶硅层14的膜厚乘以非晶硅层14的折射率而得到的值。接着，将对栅极绝缘层13的光学膜厚除以激光的波长而得到的值设为Y，所述栅极绝缘层13的光学膜厚为对栅极绝缘层13的膜厚乘以栅极绝缘层13的折射率而得到的值。

进一步，将非晶硅层14的密度设为ρ_Si，将非晶硅层14的比热设为c_Si，将栅电极12的膜厚设为d_G，将栅电极12的密度设为ρ_G，将栅电极12的比热设为c_G。另外，将栅电极12上方(第一区域)的非晶硅层14和不在栅电极12上方(第二区域)的非晶硅层14各自对于激光的光吸收率相等时的栅电极12的吸收率的最大值设为A_G，将通过(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G×c_G)这一算式算出的值设为ΔA’。

并且，能够使用上述定义的X、Y、ΔA’在栅极绝缘层13的膜厚和非晶硅层14的膜厚分别确定合适的范围。具体而言，栅极绝缘层13的膜厚和非晶硅层14的膜厚优选形成为满足属于通过以下(式1)至(式4)区划的范围的X和Y。

Y≤-0.5634X+(0.8357+27.083×ΔA’)   (式1)

Y≤0.5634X+(0.2363+27.083×ΔA’)    (式2)

Y≥-0.548X+(0.6545-29.167×ΔA’)    (式3)

Y≥0.548X+(0.0715-29.167×ΔA’)     (式4)

在此，例示上述定义的X、Y的更优选的数值范围。具体而言，栅极绝缘层13的膜厚和非晶硅层14的膜厚优选形成为满足属于通过以下(式5)和(式6)区划的范围的X和上述Y。

0.473≤X≤0.591                      (式5)

0.422≤Y≤0.519                      (式6)

另外，激光优选使用波长445nm～455nm的蓝色激光。

非晶硅层16形成于结晶硅层15上。这样，薄膜晶体管100具有在结晶硅层15层叠了非晶硅层16的构造的沟道层。

n+硅层17形成为覆盖非晶硅层16、结晶硅层15的侧面以及栅极绝缘层13。

源、漏电极18形成于n+硅层17上，例如由Mo或者Mo合金等金属、钛(Ti)、铝(Al)或者Al合金等金属、铜(Cu)或者Cu合金等金属、或者银(Ag)、铬(Cr)、钽(Ta)或者钨(W)等金属的材料形成。

如上所述，构成薄膜晶体管100。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的显示装置的等效电路的图。

图3示出的有机发光显示装置具备开关晶体管1、驱动晶体管2、数据线3、扫描线4、电流供给线5、电容6以及有机EL元件7。

开关晶体管1与数据线3、扫描线4以及电容6连接。

驱动晶体管2相当于例如图2示出的薄膜晶体管100，与电流供给线5、电容6以及有机EL元件7连接。

数据线3是向有机EL元件7的像素传送确定有机EL元件7的像素的明暗的数据(电压值的大小)的布线。

扫描线4是向有机EL元件7的像素传送确定有机EL元件7的像素的开关(ON/OFF)的数据的布线。

电流供给线5是用于对驱动晶体管2供给大电流的布线。

电容6将电压值(电荷)保持一定时间。

如上所述那样构成有机发光显示装置。

接着，说明上述薄膜晶体管100的制造方法。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的有机发光显示装置的薄膜晶体管的制造工序的流程图。能同时制造多个该薄膜晶体管100，但是，下面为了使说明简单，作为制造一个薄膜晶体管的方法进行说明。图5A～图5J是用于说明本发明的实施方式所涉及的有机发光显示装置的薄膜晶体管的制造方法的剖视图。图6是示意表示图4的S14中的激光退火的图。

首先，准备基板10，在基板10上形成底涂层11(S10)，接着，在底涂层11上形成栅电极(S11)。

具体而言，通过等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition：气相沉积)法在基板10上成膜底涂层11，接着，通过溅射法来堆积成为栅电极的金属膜，通过光刻以及蚀刻来形成薄膜晶体管100中的栅电极12(图5A)。在此，栅电极12典型地由Mo等或者Mo合金等(例如MoW(钼、钨合金))金属材料形成。

接着，在栅电极12上形成栅极绝缘层13(S12)。然后，在栅极绝缘层13上形成非晶硅层14(S13)。

具体而言，通过等离子体CVD法在栅电极12上、即覆盖底涂层11和栅电极12而形成氧化硅膜或者氮化硅膜，由此成膜栅极绝缘层13(图5B)，在成膜后的栅极绝缘层13上连续地成膜非晶硅层14(图5C)。

在此，非晶硅层14的膜厚例如为20nm～60nm，优选为55nm～60nm。具体而言，如上所述，栅极绝缘层13的膜厚和非晶硅层14的膜厚优选形成为满足属于通过(式1)至(式4)区划的范围的X和Y。更具体而言，将形成有栅电极12的区域(以下称为第一区域)上方的非晶硅层14对于激光的吸收率设为A_Si1，将对其吸收率A_Si1除以非晶硅层14的膜厚d_Si而得到的值设为标准化吸收率A_Si1’。将没有形成栅电极12的区域(以下称为第二区域)上方的非晶硅层14对于激光的光吸收率设为A_Si2，将对其吸收率A_Si2除以非晶硅层14的膜厚d_Si而得到的值设为标准化吸收率A_Si2’。此时，其差A_Si1’-A_Si2’为后述说明中定义的值-ΔA’以下。即，在S12和S13中，形成具有使(式7)的关系式成立的膜厚的栅极绝缘层13和非晶硅层14。

A_Si1’-A_Si2’≤-ΔA’(式7)

后面将详细进行说明，因此在此省略说明，将非晶硅层14的膜厚和光学常数、栅极绝缘层13的结构、膜厚和光学常数以及形成基底的栅电极12的金属材料的光学常数和基板的光学常数作为参数，通过考虑了激光的多重干涉的光学计算来导出这些非晶硅层14的吸收率。

接着，通过激光退火法使非晶硅层14成为结晶硅层15(S14)。具体而言，例如使波长405nm以上且488nm以下的预定激光器相对于基板10在一定方向上相对移动，使用从预定激光器照射的激光使非晶硅层14结晶化而生成结晶硅层15。更具体而言，首先，对所形成的非晶硅层14实施脱氢处理。之后，通过激光退火法使非晶硅层14成为多结晶(包括微结晶)，由此形成结晶硅层15(图5D)。

在此，如上所述，在该激光退火法中，用于照射激光的激光源是可见光区域波长的激光器。该可见光区域波长的激光器是大约380nm～780nm波长的激光器，优选为405nm～488nm波长的激光器。更优选为445nm～455nm波长的蓝色激光器。另外，该可见光区域波长的激光器为连续振荡或者虚拟连续的振荡模式即可。另外，该可见光区域波长的激光器可以是固体激光装置，也可以是使用了半导体激光元件的激光装置。进一步，可见光区域波长的激光照射到非晶硅层14上时的照射能量密度的变动小于5％左右。

另外，如图6所示，在S14的工序即图5C至图5D的工序中，通过聚光为线状的激光照射到非晶硅层14来生成结晶硅层15。具体而言，具有两种方法。一种方法是：聚光为线状的激光的照射位置是固定的，将形成有非晶硅层14的基板10载置在载置台上，载置台进行移动；另一种方法是：上述载置台是固定的，激光的照射位置进行移动。在任一种方法中都是激光一边相对于非晶硅层14相对移动一边进行照射。这样，被照射了激光的非晶硅层14吸收激光的能量，温度上升而发生结晶化，由此成为结晶硅层15。

接着，形成第二层的非晶硅层16(S15)，对薄膜晶体管100的沟道区域的硅层进行图案形成(S16)。

具体而言，通过等离子体CVD法在栅极绝缘层13上形成第二层的非晶硅层16(图5E)。然后，对硅层膜层(结晶硅层15以及非晶硅层16的层)进行图案形成，以使得留下薄膜晶体管100的沟道区域，通过蚀刻除去应该除去的非晶硅层16和结晶硅层15(图5F)。由此，能够在薄膜晶体管100中形成所期望的沟道层。

接着，成膜n+硅层17和源、漏电极18(S17)。

具体而言，通过等离子体CVD法成膜n+硅层17，以使得覆盖非晶硅层16、结晶硅层15的侧面以及栅极绝缘层13(图5G)。然后，通过溅射法在成膜后的n+硅层17上堆积成为源、漏电极18的金属(图5H)。在此，源、漏电极由Mo或者Mo合金等金属、钛(Ti)、铝(Al)或者Al合金等金属、铜(Cu)或者Cu合金等金属、或者银(Ag)、铬(Cr)、钽(Ta)或者钨(W)等金属的材料形成。

接着，在与栅电极12对应的结晶硅层15上的区域形成源电极和漏电极。也即是，进行源、漏电极18的图案形成(S18)。然后，对n+硅层17进行蚀刻，在此过程中，对第二层的非晶硅层16的一部分进行蚀刻(S19)。

具体而言，通过光刻以及蚀刻来形成源、漏电极18(图5I)。另外，对n+硅层17进行蚀刻，对薄膜晶体管100的沟道区域的非晶硅层16的一部分进行蚀刻(图5J)。换言之，对非晶硅层16进行沟道蚀刻，以使得部分地留下薄膜晶体管100的沟道区域的非晶硅层16。

这样，制造出薄膜晶体管100。

如上所述，本实施方式中的薄膜晶体管100形成为具有底栅构造的Poly-Si TFT。在制造该薄膜晶体管100的过程中，成膜栅极绝缘层13和非晶硅层14以使得具有使上述关系式成立的膜厚。然后，例如使用蓝色激光对由a-Si膜形成的非晶硅层14进行激光退火而使之结晶化，由此使非晶硅层14成为由Poly-Si形成的结晶硅层15。此时，能够在激光到达与形成薄膜晶体管的沟道区域相当的非晶硅层14之前，使栅电极12处于热饱和状态，能够均匀地进行与最终得到的沟道区域相当的结晶硅层15的结晶化。

也即是，栅极绝缘层13和非晶硅层14的膜厚具有对通过激光退火结晶化法形成结晶硅层15的情况合适的范围。下面，说明其机理。

通常，在对非晶硅层照射了激光时，由非晶硅层发热产生的到达温度与结晶化后的结晶硅层的结晶度相关联。由非晶硅层发热产生的到达温度越高，结晶化后形成的结晶硅层的结晶度越大。因此，为了谋求使薄膜晶体管的第一区域(形成有栅电极的区域上方)的非晶硅层充分且均匀地结晶化，需要使由薄膜晶体管的第一区域的非晶硅层的发热产生的到达温度的分布均匀。

然而，在底栅构造的薄膜晶体管中，在非晶硅层的下部隔着栅极绝缘层而存在栅电极，并且构成栅电极的金属的导热率大于栅极绝缘层的导热率。因此，通过激光照射产生的非晶硅层的热会瞬间通过栅极绝缘层而向栅电极传播。其结果，在形成有栅电极的区域上方的非晶硅层中产生发热不充分的区域，其到达温度变得不均匀。由于这种理由，如图1所示的结晶化后的结晶硅层产生结晶度不均匀(结晶不均)。

因而，为了避免会导致产生该结晶不均匀的现象，在激光到达薄膜晶体管的第一区域之前，如后所述那样，期望使栅电极处于热饱和的状态。因此，在本实施方式中，制造成为上述薄膜晶体管100的结构。即，形成非晶硅层14的膜厚和栅极绝缘层13的膜厚以使得满足上述X和Y。由此，能够使没有形成栅电极12的区域上方(第二区域)的非晶硅层14的发热大于形成有栅电极12的区域上方(第一区域)的非晶硅层14的发热。

换言之，成为本实施方式所涉及的薄膜晶体管100的结构的、非晶硅层14的膜厚和栅极绝缘层13的膜厚形成为满足上述X和Y。由此，首先，通过激光照射而在没有形成栅电极12的区域上方(第二区域)的非晶硅层14中产生的热，在激光到达形成有栅电极12的区域上方(第一区域)的非晶硅层14之前，传递到栅电极12而使栅电极12的温度上升。也即是，栅电极12首先在激光到达之前被预加热。这是由于，当激光照射到位于第二区域的非晶硅层14而产生热时，通过上述结构，第二区域的温度高于激光尚未到达的第一区域的温度，因此位于第二区域的非晶硅层14中产生的热传递到栅电极12而使栅电极12的温度上升。接着，当激光到达第一区域时，第一区域的非晶硅层14发热，与第一区域的非晶硅层14的发热量对应的热传递到栅电极12(由激光进行的加热)。栅电极12被由该激光进行的加热以及上述预加热这两者进行加热，使栅电极12热饱和。在此，使栅电极12热饱和是指在栅电极12的面内使栅电极12的温度均匀化。

这样，根据本实施方式所涉及的薄膜晶体管的结构，在使非晶硅层14结晶化时，能够使栅电极12热饱和。由此，实现以下效果：用于使非晶硅层14结晶化的激光产生的热被使用于形成结晶硅层15而不会被栅电极12吸收，能够生成没有结晶不均匀的结晶硅层15。

接着，说明ΔA’的算出方法。如上所述，通过形成有栅电极12的区域上方(第一区域)以及没有形成栅电极12的区域上方(第二区域)各自的非晶硅层14对于激光的标准化吸收率的差成为-ΔA’以下，能得到本实施方式的效果。

在此，假设由非晶硅层14吸收的激光的光吸收能量100％有助于非晶硅层的发热，将激光的每单位面积的能量设为能量密度E。下面，将形成有栅电极12的区域上方(第一区域)的非晶硅层14称为第一区域的非晶硅层14，将没有形成栅电极12的区域上方(第二区域)的非晶硅层14称为第二区域的非晶硅层14。另外，将第一区域的非晶硅层14相对于激光的波长的吸收率设为A_Si1，将吸收了激光而产生的非晶硅层14的发热量(每单位面积)设为Q_Si1。将第二区域的非晶硅层14相对于激光的波长的吸收率设定为A_Si2，将吸收了激光而产生的非晶硅层14的发热量(每单位面积)设为Q_Si2。进一步，在栅电极12上形成栅极绝缘层13进而在栅极绝缘层13上形成非晶硅层的本结构中，将栅电极12的激光吸收率设为A_G，将吸收了激光而产生的栅电极12的发热量(每单位面积)设为Q_G。

另外，假设通过使非晶硅层14和栅极绝缘层13为预定膜厚，第一区域的非晶硅层14相对于激光的波长的吸收率与第二区域的非晶硅层14相对于激光的波长的吸收率相等。即，A_Si1＝A_Si2成立。在该情况下，Q_Si1＝Q_Si2成立。但是，实际上透过了非晶硅层14的光也被栅电极12吸收而栅电极也发热(Q_G＞0)。因此，第一区域的非晶硅层14的发热温度大于第二区域的非晶硅层14的发热温度。

鉴于上述情况，当第二区域的非晶硅层14的发热量为第一区域的非晶硅层14的发热量与栅电极的发热量的总和以上时，则能认为第二区域的非晶硅层14的发热温度成为第一区域的非晶硅层14的发热温度以上。能够使用(式8)表示该关系。

Q_Si1+Q_G≤Q_Si2         (式8)

然后，使该(式8)变形，则能够表示为(式9)。

Q_Si1-Q_Si2≤-Q_G         (式9)

在此，将非晶硅层14的膜厚、密度、比热分别定义为d_Si、ρ_Si、c_Si，将栅电极的膜厚、密度、比热分别定义为d_G、ρ_G、c_G时，则能够分别如以下那样表示第一区域的非晶硅层14的发热量、第二区域的非晶硅层14的发热量以及栅电极的发热量。

Q_Si1＝E×A_Si11/(d_Si×ρ_Si×c_Si)

Q_Si2＝E×A_Si2/(d_Si×ρ_Si×c_Si)

Q_G＝E×A_G/(d_G×ρ_G×c_G)

接着，当将这些式代入到(式9)而进行整理时，则成为(式10)。

(A_Si1-A_Si2)/d_Si≤-(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G×c_G)  (式10)

在此，将吸收率除以膜厚得到的值定义为标准化吸收率，下面记载为A_Si1/d_Si＝A_Si1’、A_Si22/d_Si＝A_Si2’。进一步，将(式10)的右边定义为-ΔA’。于是，(式10)成为A_Si1’-A_Si2’≤-ΔA’，导出(式7)。

(式7)表示以下情况。即，当构成非晶硅层14和栅极绝缘层13的膜厚以使得满足第一区域的非晶硅层14的标准化吸收率与第二区域的非晶硅层14的标准化吸收率的差成为由-ΔA’定义的值以下的条件时，第二区域的非晶硅层14的发热温度成为第一区域的非晶硅层14的发热温度以上。也即是，当形成满足该条件的非晶硅层14和栅极绝缘层13的膜厚时，例如在使用蓝色激光对非晶硅层进行激光退火(结晶化)的情况下，能够减小栅电极12的热吸收、传播对于结晶化的影响，因此能够使由薄膜晶体管的第一区域的非晶硅层14的发热产生的到达温度的分布均匀。

这样，如(式7)所示，能够不依赖于激光的波长、栅电极的材质和膜厚而谋求使薄膜晶体管100的第一区域的非晶硅层14充分且均匀地结晶化，从而生成结晶硅层15。

如上所述，通过形成栅极绝缘层13和非晶硅层14的膜厚以使得满足上述条件，即使是各种波长的激光、栅电极的材质和膜厚，也能够生成没有结晶不均匀的结晶硅层15。也即是，能够例如不对栅电极12的图案形状等、特别是薄膜晶体管100的构造加以变更而减少形成于栅电极12上的结晶硅层的结晶性不均，能够稳定地进行结晶化。由此，实现以下效果：抑制使用了该结晶硅的薄膜晶体管的特性不匀，即使在LCD、OLED等显示装置中推进高精细化，也能够使其显示质量提高。

在以上的记载中，示出了使用聚光为线状的激光对非晶硅层进行结晶化的情况的示例，但是在本申请中除此以外也可以使用光斑状(也包括圆形、椭圆形或者其它)的激光。在该情况下，优选通过适于结晶化的扫描方法来实施激光。

如上所述，根据本实施方式中的薄膜晶体管100的制造方法，通过非晶硅层14和栅极绝缘层13的膜厚满足上述条件，能够使由第一区域的非晶硅层14发热产生的到达温度的分布均匀，能够谋求使第一区域的非晶硅层14充分且均匀地结晶化。

下面，使用实施例详细说明非晶硅层14和栅极绝缘层13的膜厚应该满足的条件。

(实施例)

首先，说明计算方法。

图7A和图7B是用于说明振幅透射率和振幅透射率的计算方法的图。

图7A和图7B示出将图2所示的薄膜晶体管100的构造模型化而得到的多层构造的模型构造。在图7A所示的模型构造中，具备由复折射率N₁构成的层401、由复折射率N₂构成的层402、由复折射率N₃构成的层403以及由复折射率N₄构成的层404。在该模型构造中，示出层403、层402以及层401按该顺序层叠在基板404上的结构。在图7B示出的模型构造中，示出不存在图7A的层403的情况的模型构造。另外，图中示出的复折射率N₀的区域为模型构造的外部，示出激光入射到模型结构的一侧。该区域例如为空气，在该情况下，折射率为1，消光系数为0。

基板404为例如由透明玻璃或者石英形成的绝缘基板，例如折射率为1.47，与图5A示出的基板10对应。层403例如由折射率为3.103、消光系数为3.717、膜厚为50nm的MoW构成，与图5A示出的栅电极12对应。层402例如由折射率1.477、消光系数0的氧化硅(SiOx)构成，与图5A示出的栅极绝缘层13对应。层401例如与折射率5.359、消光系数1.370的非晶硅层14对应。

在本模型构造中，省略了与底涂层11对应的层。原因是，若底涂层11是透明的层、且是不吸收激光的层，则不管其膜厚如何都不对本计算结果带来影响。于是，下面，在省略了与底涂层11对应的层的模型构造中进行计算。

如图7A和图7B所示，将对于从外部向层401入射的光的振幅反射系数设为r₀₁，将对于从层401向层402入射的光的振幅反射系数设为r₁₂，将对于从层402向层403入射的光的振幅反射系数设为r₂₃，将相对于从层403向层404入射的光的振幅反射系数设为r₃₄，将对于从层402向层404入射的光的振幅反射系数设为r₂₄。另外，将从外部向层401入射的光的振幅透射系数设为t₀₁，将从层401向层402入射的光的振幅透射系数设为t₁₂，将从层402向层403入射的光的振幅透射系数设为t₂₃，将从层403向层404入射的光的振幅透射系数设为t₃₄，将从层402向层404入射的光的振幅透射系数设为t₂₄。

进一步，将形成有与栅电极12对应的层403的区域上方(相当于第一区域)各层整体的振幅反射系数分别设为r₀₁₂₃(R1)、r₁₂₃(R2)。具体而言，将层403和层402视作一层时的振幅反射系数设为r₁₂₃(R2)，将层403、层402以及层401视作一层时的振幅反射系数设为r₀₁₂₃(R1)。另外，将第一区域的各层整体的振幅透射系数分别设为t₀₁₂₃(T1)、t₁₂₃(T2)。具体而言，将层403和层402视作一层时的振幅透射系数设为t₁₂₃(T2)，将层403、层402以及层401视作一层时的振幅透射系数设定为t₀₁₂₃(T1)。

接着，如图7B所示，将没有形成与栅电极对应的层403的区域上方(第二区域的)各层整体的振幅反射系数分别设为r₀₁₂₄(R1’)、r₁₂₄(R2’)。具体而言，将层404、层402视作一层时的振幅反射系数设为r₁₂₄(R2’)，将层404、层402以及层401视作一层时的振幅反射系数设为r₀₁₂₄(R1’)。另外，将第二区域的各层整体的振幅透射系数分别设为t₀₁₂₄(T1’)、t₁₂₄(T2’)。具体而言，将层404、层402视作一层时的振幅透射系数设为t₁₂₄(T2’)，将层404、层402以及层401视作一层时的振幅透射系数设定为t₀₁₂₄(T1’)。

并且，能够使用以下(式11)～(式14)表示第一区域的各层整体的振幅反射系数、振幅透射系数。

$r_{0123}=\frac{r_{01}+r_{123}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_1)}{1+r_{01}{r}_{123}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_1)}$ (式11)

$r_{123}=\frac{r_{12}+r_{23}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_2)}{1+r_{12}{r}_{23}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_2)}$ (式12)

$t_{0123}=\frac{t_{01}+t_{123}\exp (-i{\mathrm{\β}}_1)}{1+r_{01}{r}_{123}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_1)}$ (式13)

$t_{123}=\frac{t_{12}+t_{23}\exp (-i{\mathrm{\β}}_2)}{1+r_{12}{r}_{23}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_1)}$ (式14)

另外，能够使用以下(式15)～(式18)表示第二区域的各层整体的振幅反射系数、振幅透射系数。

$r_{0124}=\frac{r_{01}+r_{124}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_1)}{1+r_{01}{r}_{124}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_1)}$ (式15)

$r_{124}=\frac{r_{12}+r_{24}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_2)}{1+r_{12}{r}_{24}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_2)}$ (式16)

$t_{0124}=\frac{t_{01}+t_{124}\exp (-i{\mathrm{\β}}_1)}{1+r_{01}{r}_{124}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_1)}$ (式17)

$t_{124}=\frac{t_{12}+t_{24}\exp (-i{\mathrm{\β}}_2)}{1+r_{12}{r}_{24}\exp (-i2{\mathrm{\β}}_2)}$ (式18)

在此，为

β₁＝2πd₁N₁cosθ₁/λ

β₂＝2πd₂N₂cosθ₂/λ

d为各层的厚度，θ为各层的入射角度、透射角度，λ为激光的波长。

另外，能够根据下式的斯涅尔定律如下那样算出θ。

N₀sinθ₀＝N₁sinθ₁＝N₂sinθ₂＝N₃sinθ₃＝N₄sinθ₄

另外，能够使用以下(式19)～(式26)算出各层各自的振幅反射系数r₀₁、r₁₂、r₂₃、r₂₄以及振幅透射系数t₀₁、t₁₂、t₂₃、t₂₄。

$r_{01}=\frac{N_0\cos {\mathrm{\θ}}_1-N_1\cos {\mathrm{\θ}}_0}{N_0\cos {\mathrm{\θ}}_1+N_1\cos {\mathrm{\θ}}_0}$ (式19)

$r_{12}=\frac{N_1\cos {\mathrm{\θ}}_2-N_2\cos {\mathrm{\θ}}_1}{N_1\cos {\mathrm{\θ}}_2+N_2\cos {\mathrm{\θ}}_1}$ (式20)

$r_{23}=\frac{N_2\cos {\mathrm{\θ}}_3-N_3\cos {\mathrm{\θ}}_2}{N_2\cos {\mathrm{\θ}}_3+N_3\cos {\mathrm{\θ}}_2}$ (式21)

$r_{24}=\frac{N_2\cos {\mathrm{\θ}}_4-N_4\cos {\mathrm{\θ}}_2}{N_2\cos {\mathrm{\θ}}_4+N_4\cos {\mathrm{\θ}}_2}$ (式22)

$t_{01}=\frac{2N_0\cos {\mathrm{\θ}}_1}{N_0\cos {\mathrm{\θ}}_1+N_1\cos {\mathrm{\θ}}_0}$ (式23)

$t_{12}=\frac{2N_1\cos {\mathrm{\θ}}_2}{N_1\cos {\mathrm{\θ}}_2+N_2\cos {\mathrm{\θ}}_1}$ (式24)

$t_{23}=\frac{2N_2\cos {\mathrm{\θ}}_3}{N_2\cos {\mathrm{\θ}}_3+N_3\cos {\mathrm{\θ}}_2}$ (式25)

$t_{24}=\frac{2N_2\cos {\mathrm{\θ}}_4}{N_2\cos {\mathrm{\θ}}_4+N_4\cos {\mathrm{\θ}}_2}$ (式26)

在此，光为单色激光，其偏振光假设为P偏振光。

接着，使用上述式，如以下那样算出第一区域的各层整体的振幅反射系数、振幅透射系数。即，首先，通过将(式20)和(式21)代入到(式12)来算出r₁₂₃。接着，通过将(式19)和r₁₂₃代入到(式11)来算出r₀₁₂₃。接着，通过将(式20)、(式21)、(式24)以及(式25)代入到(式14)来算出t₁₂₃。接着，通过将(式19)、(式23)、r₁₂₃以及t₁₂₃代入到(式13)来算出t₀₁₂₃。

进一步，如以下那样算出第二区域的各层整体的振幅反射系数、振幅透射系数。即，首先，通过将(式20)和(式22)代入到(式16)来算出r₁₂₄。接着，通过将(式19)和r₁₂₄代入到(式15)来算出r₀₁₂₄。接着，通过将(式20)、(式22)、(式24)以及(式26)代入到(式18)来算出t₁₂₄。接着，通过将(式19)、(式23)、r₁₂₄以及t₁₂₄代入到(式17)来算出t₀₁₂₄。

接着，通过(式27)～(式30)算出第一区域的各层的反射率R1和R2、透射率T1和T2。

R₁＝|r₀₁₂₃|²                (式27)

R₂＝|r₁₂₃|²                 (式28)

$T_1=\left(\frac{\mathrm{Re}\left(N_3\right)\cos {\mathrm{\θ}}_0}{\mathrm{Re}\left(N_0\right)\cos {\mathrm{\θ}}_3}\right){\left|t_{0123}\right|}^2$ (式29)

$T_2=\left(\frac{\mathrm{Re}\left(N_3\right)\cos {\mathrm{\θ}}_1}{\mathrm{Re}\left(N_1\right)\cos {\mathrm{\θ}}_3}\right){\left|t_{123}\right|}^2$ (式30)

进一步，通过(式31)～(式34)算出第二区域的各层的反射率R1’和R2’、透射率T1’和T2’。

R₁′＝|r₀₁₂₄|²              (式31)

R₂′＝|r₁₂₄|²           (式32)

${T_1}^{\′}=\left(\frac{\mathrm{Re}\left(N_4\right)\cos {\mathrm{\θ}}_0}{\mathrm{Re}\left(N_0\right)\cos {\mathrm{\θ}}_4}\right){\left|t_{0124}\right|}^2$ (式33)

${T_2}^{\′}=\left(\frac{\mathrm{Re}\left(N_4\right)\cos {\mathrm{\θ}}_1}{\mathrm{Re}\left(N_1\right)\cos {\mathrm{\θ}}_4}\right){\left|t_{124}\right|}^2$ (式34)

最后，能够通过(式35)算出向第一区域的非晶硅层的光吸收率A_Si1。

A_Si1＝1-(R₁+T₁)         (式35)

另外，能够通过(式36)算出向第二区域的非晶硅层的光吸收率A_Si2。

A_Si2＝1-(R₁′+T₁′)

                        (式36)

如上所述，能够使用非晶硅层的膜厚d_Si，算出第一区域的非晶硅层的标准化吸收率A_Si1’减去第二区域的非晶硅层的标准化吸收率A_Si2’而得到的值。

接着，使用上述计算方法，在相对于图7A和图7B示出的模型构造垂直地、即以θ₀＝0或者sinθ0＝0近似成立的范围的入射角度θ₀入射了波长λ(405nm≤λ≤488nm)的激光(主要是蓝色激光)的情况下，算出向第一区域和第二区域的非晶硅层的激光的标准化吸收率，计算出其差。另外，在该情况下，激光的偏振光即使为S偏振光，计算结果也相同。

图8是用于表示在通过激光退火结晶化法来形成结晶硅层的情况下栅极绝缘层和非晶硅层具有合适的膜厚范围的情形的图。具体而言，图8是表示使用图7A和图7B示出的模型构造使非晶硅层14的膜厚和栅极绝缘层13的膜厚分别发生了变化的情况下的第一区域和第二区域的非晶硅层14的标准化吸收率差A_Si1’-A_Si2’的计算结果的等高线图。横轴表示将非晶硅层14的光学膜厚除以激光的波长λ而得到的值、即(n_Si×d_Si)/λ，所述非晶硅层14的光学膜厚即为将非晶硅层14的折射率n_Si乘以非晶硅层14的膜厚d_Si而得到的值。纵轴表示将由氧化硅膜或者氮化硅膜构成的透明绝缘膜即栅极绝缘层13的光学膜厚、即n_SiO×d_SiO或者n_SiN×d_SiN除以激光的波长λ而得到的值、即(n_SiO×d_SiO)/λ或者(n_SiN×d_SiN)/λ。在此，在栅极绝缘层13由氧化硅膜构成时，将折射率设为n_SiO、将膜厚设为d_SiO，在栅极绝缘层13由氮化硅膜形成时，将折射率设为n_SiN、将膜厚设为d_SiN。

另外，在本模型构造中的由氧化硅膜或者氮化硅膜构成的栅极绝缘层13中，使栅极绝缘层13的膜厚发生变化以使得其电容一定。具体而言，将氧化硅膜和氮化硅膜的相对介电常数分别设为ε_SiO、ε_SiN，将真空的介电常数设为ε₀。此时，使栅极绝缘层13的膜厚即氧化硅膜或者氮化硅膜的膜厚变化，以使得由氧化硅膜或者氮化硅膜构成的栅极绝缘层13的每单位面积的电容C＝ε₀/(d_SiO/ε_SiO+d_SiN/ε_SiN)一定。

另外，例如在使用λ＝405nm时的非晶硅层14的折射率时，能够将图8的横轴的值转换为非晶硅层的膜厚。图9是表示将图8的横轴的值转换为非晶硅层的膜厚而得到的值的示例的图。图9表示将λ＝405nm时、λ＝445nm时、λ＝455nm时以及λ＝488nm时的图8的横轴的值转换为非晶硅层的膜厚而得到的值。

另外，例如通过使用λ＝405nm时的氧化硅膜或者氮化硅膜的折射率，能够根据图8的纵轴的值算出构成栅极绝缘层13的氧化硅膜或者氮化硅膜的膜厚。图10A和图10B是表示将图8的纵轴的值转换为构成栅极绝缘层13的氧化硅膜或者氮化硅膜的膜厚而得到的值的示例的图。图10A示出在透明绝缘层即栅极绝缘层13由氧化硅膜构成的情况下算出λ＝405nm、λ＝445nm、λ＝455nm以及λ＝488nm时的构成栅极绝缘层13的氧化硅膜的膜厚而得到的值。同样地，图10B示出在透明绝缘层即栅极绝缘层13由氮化硅膜构成的情况下算出λ＝405nm、λ＝445nm、λ＝455nm以及λ＝488nm时的构成栅极绝缘层13的氮化硅膜的膜厚而得到的值。

在图8中示出由-ΔA’表示的等高线的线上及内侧区域为第一区域和第二区域的非晶硅层14的标准化吸收率差A_Si1’-A_Si2’成为-ΔA’以下的区域。换言之，由图8的虚线表示的曲线表示标准化吸收率差成为-0.0004的等高线。也即是，该曲线上及其内侧区域的标准化吸收率差成为-0.0004以下。另外，使用上述式(计算方法)根据非晶硅层14和栅极绝缘层13的膜厚、它们的光学常数以及栅电极12和基板10的光学常数来算出该区域。并且，在满足所算出的第一区域和第二区域的非晶硅层14的标准化吸收率差A_Si1’-A_Si2’成为-ΔA’以下的条件时，能够使由薄膜晶体管100的第一区域的非晶硅层14的发热产生的到达温度的分布均匀。由此，使第一区域的非晶硅层14充分且均匀地结晶化而成为结晶硅层15。

图11是在图8中用于算出栅极绝缘层与非晶硅层的合适的膜厚范围的图。

在图11中，将非晶硅层14的光学膜厚除以激光的波长而得到的值设为X，将栅极绝缘层13的光学膜厚除以激光的波长而得到的值设为Y。这些X和Y与上述X和Y相同。并且，使用这些X和Y，通过算式来对由-ΔA’表示的等高线的线上及内侧区域进行近似。即，能够使用由L1～L4表示的集合的积(式37)来表示。

L1∩L2∩L3∩L4          (式37)

L1～L4能够表示为以下那样，这些分别相当于上述(式1)～(式4)。

L1：Y≤-0.5634X+(0.8357+27.083×ΔA’)

L2：Y≤0.5634X+(0.2363+27.083×ΔA’)

L3：Y≥-0.548X+(0.6545-29.167×ΔA’)

L4：Y≥0.548X+(0.0715-29.167×ΔA’)

如上所述，ΔA’由ΔA’＝(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G×c_G)表示。在此，ρ_Si、c_Si分别为非晶硅层14的密度和比热，d_G、ρ_G、c_G分别为栅电极的膜厚、密度以及比热。

接着，考虑从图7A和图7B的模型构造上方垂直照射了波长455nm的蓝色激光的情况。在此，将非晶硅层14的密度设为2340(kg/m3)，将比热设为(J/(kg·K))。另外，将栅电极12设为膜厚50nm的MoW，将其密度设为11720(kg/m3)，将比热设为226.4(J/(kg·K))。此时，使第一区域的非晶硅层14相对于激光的波长的吸收率与第二区域的非晶硅层相对于激光的波长的吸收率相等，即A_Si1＝A_Si2成立。并且，使用A_Si1＝A_Si2成立时的非晶硅层以及构成栅极绝缘层的氧化硅膜和氮化硅膜的膜厚、上述光学计算式(式12)～(式47)来计算栅电极的吸收率的最大值A_G。其结果，A_G被计算为0.03，于是，ΔA’被计算为0.0004。根据A_G＝T1×T2×T3×(1-R_G)的关系式来计算A_G。在此，R_G为将氮化硅作为媒介的情况下的栅电极12的反射率，计算为R_G＝{(n_SiN-n_G)²+K_G ²}/{(n_SiN+n_G)²+K_G ²}。另外，将氮化硅的折射率设为n_SiN，将栅电极的折射率设为n_G，将栅电极的消光系数设为k_G。如上所述，ΔA’被算出0.0004。使用该值来确定通过由L1～L4表示的(式37)集合的积所表示的范围。

接着，实施了使λ＝455nm的蓝色激光垂直照射并扫描了图7A和图7B示出的模型时的非晶硅层14表面的最高到达温度的位置依赖性的仿真。图12示出用于仿真的模型。如图12所示，本模型包括基板510、栅电极512、栅极绝缘层513、非晶硅层514。在本模型中，将栅电极512的激光扫描方向的长度设为30μm，使用上述值作为非晶硅层514和栅电极512的物性值。

图13是表示在图8中本仿真所实施的膜厚条件位置的图。即，图13示出的标记了星(☆)的点1～13(星1～星13)的位置表示本仿真所实施的膜厚条件。

另外，星2、星3、星4、星5、星6、星9、星10、星11、星12处的标准化吸收率差A_Si1’-A_Si2’大于-ΔA’(＝-0.0004)，星1、星7、星8、星13处的标准化吸收率差A_Si1’-A_Si2’小于-ΔA’。另外，星2、星6、星9、星12存在于图13的虚线附近的其内侧区域。

在此，例如当设为透明绝缘层即栅极绝缘层13由氧化硅膜构成时，在星1的位置，非晶硅层14的膜厚为30nm，栅极绝缘层13的膜厚为140nm。该值是λ＝455nm、且栅极绝缘层的电容相当于0.354时的值的一例。同样地，在星2～星7的点的位置，非晶硅层膜厚为35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm，栅极绝缘层13的膜厚同为140nm。另外，在星8～星13的点的位置，栅极绝缘层13的膜厚分别为110nm、120nm、130nm、150nm、160nm、170nm，非晶硅层的膜厚同为45nm。

当设为透明绝缘层即栅极绝缘层13由氮化硅膜形成时，在星2～星7的位置，非晶硅层膜厚为35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm，栅极绝缘层13的膜厚同105.0nm。另外，在星8～星13的点的位置，栅极绝缘层13的膜厚分别为82.5nm、90.0nm、97.5nm、112.5nm、120nm、127.5nm，非晶硅层的膜厚同为45nm。

图14和图15是表示第一区域和第二区域的非晶硅层表面的最高到达温度的位置依赖性的仿真结果的图。横轴表示位置坐标，纵轴表示非晶硅层14表面的最高到达温度。图14表示在透明绝缘层即栅极绝缘层13由氧化硅膜构成的情况下图13示出的星1～星7的位置处的膜厚条件的仿真结果。具体而言，图14示出在图13所示的星1～星7的位置处将栅极绝缘层13的膜厚保持为一定而使非晶硅层14的膜厚发生了变化时的仿真结果。图15示出图13所示的星8～星10、星4、星11～星13的位置处的膜厚条件的仿真结果。具体而言，图15示出在图13所示的星8～星10、星4、星11～星13的位置处将非晶硅层14的膜厚保持一定为40nm而使栅极绝缘层13的膜厚分别发生了变化时的仿真结果。

如图14所示，发现在星1和星7的位置处的膜厚条件下，表示非晶硅层14表面的最高到达温度的曲线在栅电极12上的第一区域中不平坦，与此相对，在星2～星6的位置处的膜厚条件下，表示非晶硅层14表面的最高到达温度的曲线在栅电极12上的第一区域中平坦。进一步，如图15所示，发现在星8、星13的位置处的膜厚条件下，表示非晶硅层14表面的最高到达温度的曲线在栅电极12上的第一区域中不平坦，与此相对，在星9～星12以及星4的位置处的膜厚条件下，表示非晶硅层14表面的最高到达温度的曲线在栅电极12上的第一区域中平坦。

根据上述仿真结果，发现在非晶硅层14的膜厚以及栅极绝缘层13的膜厚满足由-ΔA’表示的等高线的线上及其内侧区域的第一区域和第二区域的非晶硅层14的标准化吸收率差A_Si1’-A_Si2’时，能够使由薄膜晶体管100的第一区域的非晶硅层14的发热产生的到达温度的分布均匀。由此，能够生成使薄膜晶体管100的第一区域的非晶硅层14充分且均匀地结晶化而得到的结晶硅层15。

在图11中，在由-ΔA’表示的等高线的线上及其内侧区域(由虚线包围的区域)中，作为更优选的区域示出区域F1。

图11示出的范围的区域F1在由虚线包围的区域中为更优选的区域。原因是，在该区域F1中，能实现以下效果：在满足由该区域F1确定的条件式的范围内形成构成薄膜晶体管100的栅极绝缘层13和非晶硅层14的膜厚时，即使它们的膜厚分别从目标膜厚变化10％左右，也能够生成结晶率不匀得到了抑制的结晶硅层15。也即是，当是满足由该区域F1确定的条件式的范围时，则具有工艺裕量，因此是优选的。

接着，对验证了在满足由该区域F1确定的条件式的范围具有工艺裕量的结果进行说明。

图16A～图16E示出在总电容一定、即作为透明绝缘层的栅极绝缘层13由氧化硅膜形成的情况下将栅极绝缘层13的膜厚固定为140nm之后使非晶硅层14的膜厚发生了变化时算出第一区域和第二区域的硅的吸收率而得到的结果。

图16A是表示在将非晶硅层设为35nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图。也即是，图16A是用于验证将栅极绝缘层13的膜厚即氧化硅膜(图中记载为SiO)固定为140nm而非晶硅层14的膜厚即非晶硅(图中记载为a-Si)形成为35nm的情况下的工艺裕量的图。在图16A中，将栅极绝缘层13的膜厚/非晶硅层14的膜厚表示为a-Si/SiO。另外，将a-Si/SiO＝35nm/140nm称为中心膜厚，算出使栅极绝缘层13(氧化硅膜)以及非晶硅层14的膜厚分别从中心膜厚变化了±10％的情况下(将2×3×3＝18种膜厚水准作为样品)的第一区域和第二区域的硅的吸收率。

同样地，图16B是表示在将非晶硅层设为40nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图，图16C是表示在将非晶硅层设为45nm的情况下第一区域和第二区域中的硅的吸收率的算出结果的图。另外，图16D是表示在将非晶硅层设定为50nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图，图16E是表示在将非晶硅层设定为55nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图。也即是，在图16B中，将a-Si/SiO＝40nm/140nm称为中心膜厚，在图16C中，将a-Si/SiO＝45nm/140nm称为中心膜厚。另外，在图16D中，将a-Si/SiO＝50nm/140nm称为中心膜厚，在图16E中，将a-Si/SiO＝55nm/140nm称为中心膜厚。并且，在图16B～图16E中各个中心膜厚分别变化了±10％的情况下(将2×3×3＝18的膜厚水准作为样品)算出第一区域和第二区域的硅的吸收率。

另外，图17A～图17D示出在将非晶硅层14的膜厚固定为45nm之后使由氧化硅膜构成的栅极绝缘层13的膜厚发生了变化时算出第一区域和第二区域的硅的吸收率的结果。示出了算出发生了变化时的第一区域和第二区域的硅的吸收率而得到的结果。

图17A是表示在将栅极绝缘层13设为120nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图。也即是，图17A是用于验证将非晶硅层14固定为45nm而将栅极绝缘层13的膜厚形成为120nm的情况下的工艺裕量的图。在图17A中，将a-Si/SiO＝45nm/120nm称为中心膜厚，在使栅极绝缘层13(氧化硅膜)和非晶硅层14的膜厚分别从中心膜厚变化了±10％的情况下，算出第一区域和第二区域的硅的吸收率。

同样地，图17B是表示在将栅极绝缘层13的膜厚设为130nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图，图17C是表示在将栅极绝缘层13的膜厚设为150nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图。另外，图17D是表示在将栅极绝缘层13的膜厚设为160nm的情况下第一区域和第二区域的硅的吸收率的算出结果的图。在图17B中，将a-Si/SiO＝45nm/130nm称为中心膜厚，在图17C中，将a-Si/SiO＝45nm/140nm称为中心膜厚。另外，在图17D中，将a-Si/SiO＝45nm/160nm称为中心膜厚。

在上述图16A～图17D中，通过验证硅的吸收率成为第一区域(栅极上)＜第二区域(栅极外)的膜厚水准是否较多，能够验证是否具有工艺裕量。

如图16B至图16D、图17B以及图17C所示，大致在所有膜厚水准时硅的吸收率成为第一区域(栅极上)＜第二区域(栅极外)。在此，在图16B以及图16D、图17B以及图17C中，算出了在由虚线的圆包围的区域的膜厚水准(一部分膜厚水准)时硅的吸收率成为第一区域(栅极上)＞第二区域(栅极外)的膜厚水准，但是该区域是在膜厚水准变化较大的膜厚的区域中算出的。因此，可以说这些膜厚水准具有工艺裕量。

与此相对，在图16A、图16E、图17A、图17E中，算出了在使用虚线的圆包围的区域的膜厚水准(一部分膜厚标准)时硅的吸收率成为第一区域(栅极上)＞第二区域(栅极外)的膜厚水准，但是该区域是在膜厚水准变化较小的膜厚的区域中算出的。因此，不能说这些膜厚水准具有工艺裕量。

根据以上结果可知，当是栅极绝缘层13的膜厚为120nm～150nm、非晶硅层14的膜厚为40nm～50nm即满足由该区域F1确定的条件式的范围时，具有工艺裕量。也即是，可知在优选的区域F1的范围中，即使栅极绝缘层13和非晶硅层14的膜厚分别从目标膜厚变化10％左右，也能够生成结晶率不匀得到了抑制的结晶硅层15。

上述验证可以说在栅极绝缘层13由氮化硅膜构成的情况下也是同样的，因此省略说明。

总结起来说，通常，在激光结晶化工艺中，在非晶硅层的下部隔着栅极绝缘层而存在栅电极的情况下，由于栅电极的热吸收、热传播的影响，栅电极上方的非晶硅层的发热变得不充分且不均匀，所形成的结晶硅层的结晶度产生不匀。但是，当在上述膜厚范围中成膜非晶硅层和作为其基底膜的绝缘层时，如图18A所示，在激光结晶化工艺中，能抑制栅电极的热吸收、热传播而进行结晶化。因此，在具备非晶硅层和作为其基底膜的栅极绝缘层的薄膜晶体管(TFT)中，能够实现均匀的薄膜晶体管的特性。图18A和图18C是作为比较而表示对以往的构造1和2使用可见光区域的固体激光进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶硅层的结晶性的图。

也即是，图18A是表示对本发明的实施方式的构造使用可见光区域的固体激光进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶硅层的结晶性的图。图18B是表示对以往的构造1使用可见光区域的固体激光进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶硅层的结晶性的图，图18C是表示对以往的构造2使用可见光区域的固体激光进行了激光退火结晶化法的情况下的结晶硅层的结晶性的图。图18A～图18C中示出每单位时间的激光的能量密度为50KW/cm2、激光扫描的速度为400mm/s的情况下的示例。

在以往的构造1中，存在以100nm～200nm的结晶粒径结晶化的区域以及以200nm～500nm的结晶粒径结晶化的区域。另外，在以往的构造2中，存在以10nm～30nm的结晶粒径结晶化的区域以及以5nm～10nm的结晶粒径结晶化的区域。与此相对，在本发明的实施方式的构造中，发现以50nm～70nm的结晶粒径均匀地结晶化。

图19是用于说明本发明的实施方式中的效果的图。也即是，图19示出作为使栅电极12热饱和的手段而着眼于栅电极12以外的区域利用了不在栅电极12上方(第二区域)的非晶硅层的发热的情形。具体而言，通过使非晶硅层14和栅极绝缘层13的膜厚处于合适的范围，利用由有无栅电极12产生的光的干涉效果的差，能够设定成使得(1)不在栅电极上方的硅薄膜的光吸收率大于栅电极上方的硅薄膜的光吸收率，即在实施了激光退火时，不在栅电极12上方(第二区域的)的非晶硅层14的发热大于栅电极12上方(第一区域)的非晶硅层14的发热，并且能够设定成使得(2)栅电极12上方(第一区域)的硅薄膜的发热温度成为硅的熔点以上。

并且，通过能够设定为(1)，能够使栅电极12吸收、传播从第二区域的非晶硅层14产生的热量。由此，在激光对栅电极12上(第一区域)的非晶硅层14进行退火之前，能够预先使栅电极12热饱和，因此在栅电极12上的(第一区域的)非晶硅层14的结晶化中，能够降低栅电极12的热吸收、传播的影响。并且，通过能够设定为(2)，即使在不在栅电极12上方(第二区域的)的硅薄膜的光吸收率过度大于栅电极上方的硅薄膜的光吸收率的情况下、即在不在栅电极12上方(第二区域的)的非晶硅层14的发热极端大于栅电极12上方的(第一区域的)非晶硅层14的发热的情况下，通过栅电极12上方(第二区域的)的非晶硅层14与不在栅电极12上方(第二区域的)的非晶硅层14这两者的区域中的非晶硅层14熔融，成为形成熔融硅层，其导热率也会增加到与通常作为栅电极12使用的金属的导热率相同程度的值。

因而，从不在栅电极12上方(第二区域的)的熔融硅层产生的热主要向栅电极12上方(第一区域的)的熔融的硅层传播，因此不会通过栅极绝缘层13而被栅电极12过度地吸收。因此，栅电极12的温度分布不会恶化，不会对其上方的(第一区域的)非晶硅层14的发热温度分布带来影响。

因此，根据上述(1)和(2)的复合效果，能够均匀地维持栅电极12上方的(第一区域的)非晶硅层14的发热温度分布，因此实现能够保持此时得到的结晶硅层15内生成的结晶组织的均匀性的效果。

以上，根据本发明，能够实现能够使用可见光区域波长的激光来形成结晶性稳定的结晶硅膜的薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管以及使用该薄膜晶体管的显示装置。具体而言，能够实现一种薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管以及使用该薄膜晶体管的显示装置，其通过将所述硅薄膜和栅极绝缘层形成为各自的膜厚满足预定的条件，能够例如不对栅电极的图案形状等、特别是薄膜晶体管器件的构造加以变更而使用可见光区域波长的激光来形成结晶性稳定的结晶硅层。

进一步，在图20所示的显示装置中使用了本发明的薄膜晶体管的情况下，能够实现具备均匀的TFT特性的高画质的显示装置。另外，也能够通过提高显示质量来提高材料利用率、降低成本。

根据本发明，能够例如不对栅电极的图案形状等、特别是薄膜晶体管的构造加以变更而仅将膜厚条件取为上述范围来实现效果，因此，可以说例如在制作更高精细的显示装置的情况下也能够保持其设计的灵活性，这一点优于现有的技术。

以上，根据实施方式说明了本发明的薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管以及使用了该薄膜晶体管的显示装置，但本发明并不限于该实施方式。只要不脱离本发明的宗旨，在本实施方式中实施本领域技术人员能够想到的各种变形而得到的方式、将不同的实施方式中的构成要素组合来构建的方式也包括在本发明的范围内。

产业上的可利用性

本发明能够利用于薄膜晶体管器件的制造方法、薄膜晶体管以及包括使用了该薄膜晶体管的液晶面板或者有机EL面板等EL面板的显示装置，特别是，在激光结晶化工艺中，在非晶硅膜的下部隔着栅极绝缘层而存在栅电极的情况下，能抑制栅电极的热吸收、热传播的影响而进行稳定的结晶化，因此能够利用于包括具备均匀的TFT特性的高画质的液晶面板或者有机EL面板等EL面板的显示装置的制造等。

Claims (21)

1.一种薄膜晶体管器件的制造方法，包括：

第一工序，准备基板；

第二工序，在所述基板上形成多个栅电极；

第三工序，在所述多个栅电极上形成绝缘层；

第四工序，在所述绝缘层上形成非晶硅层；

第五工序，使波长405nm以上且488nm以下的预定激光器相对于所述基板在一定方向上相对移动，使用从所述预定激光器照射的激光使所述非晶硅层结晶化而生成结晶硅层；以及

第六工序，在与所述多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域形成源电极和漏电极，

将对所述非晶硅层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为X，所述非晶硅层的光学膜厚为对所述非晶硅层的膜厚乘以所述非晶硅层的折射率而得到的值，将对所述绝缘层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为Y，所述绝缘层的光学膜厚为对所述绝缘层的膜厚乘以所述绝缘层的折射率而得到的值，

进一步，将所述非晶硅层的密度设为ρ_Si，将所述非晶硅层的比热设定为c_Si，将所述栅电极的膜厚设为d_G，将所述栅电极的密度设定为ρ_G，将所述栅电极的比热设为c_G，将所述栅电极上方的硅层和不在所述栅电极的上方的硅层各自对于所述激光的光吸收率相等时的所述栅电极的吸收率的最大值设为A_G，将通过(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G×c_G)这一算式算出的值设为ΔA’，

则所述绝缘层的膜厚和所述非晶硅层的膜厚满足属于通过以下式(1)至式(4)区划的范围的所述X和所述Y，

式(1)Y≤-0.5634X+(0.8357+27.083×ΔA’)

式(2)Y≤0.5634X+(0.2363+27.083×ΔA’)

式(3)Y≥-0.548X+(0.6545-29.167×ΔA’)

式(4)Y≥0.548X+(0.0715-29.167×ΔA’)。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

所述非晶硅层的膜厚和所述绝缘层的膜厚满足属于通过以下式(5)和式(6)区划的范围的所述X和所述Y，

式(5)0.473≤X≤0.591

式(6)0.422≤Y≤0.519。

3.根据权利要求1或2所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

在所述第六工序中，所述预定激光器在振荡模式为连续振荡或者虚拟连续振荡模式的振荡模式下照射所述激光。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

所述绝缘层是相对于所述激光的波长的所述绝缘层的消光系数为0.01以下的膜。

5.根据权利要求1～3中的任一项所述的薄膜晶体管器件的制造方法，所述绝缘层是氧化硅膜。

6.根据权利要求1～3中的任一项所述的薄膜晶体管器件的制造方法，所述绝缘层是氮化硅膜。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的薄膜晶体管器件的制造方法，所述预定激光器的波长为445nm～455nm。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的薄膜晶体管器件的制造方法，所述预定激光器设置于固体激光装置。

9.根据权利要求1～7中的任一项所述的薄膜晶体管器件的制造方法，所述预定激光器设置于使用了半导体激光元件的激光装置。

10.根据权利要求1～9中的任一项所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

在所述第六工序中，所述激光在所述非晶硅层上的照射能量密度的变动小于5％左右。

11.根据权利要求1～10中的任一项所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

所述第二工序包括：

在所述基板上形成由氧化硅形成的底涂层的工序；和

在所述底涂层上形成多个栅电极的工序。

12.一种薄膜晶体管器件，具备：

基板；

多个栅电极，其形成于所述基板上；

绝缘层，其层叠在所述多个栅电极上；

结晶硅层，其形成于所述绝缘层上；以及

源电极和漏电极，其形成于与所述多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域，

所述结晶硅层通过在所述绝缘层上形成非晶硅层之后，使预定激光器相对于所述基板在一定方向上相对移动，使用从所述预定激光器照射的激光使所述非晶硅层结晶化而生成，

将对所述非晶硅层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为X，所述非晶硅层的光学膜厚为对所述非晶硅层的膜厚乘以所述非晶硅层的折射率而得到的值，将对所述绝缘层的光学膜厚除以所述激光的波长而得到的值设为Y，所述绝缘层的光学膜厚为对所述绝缘层的膜厚乘以所述绝缘层的折射率而得到的值，

进一步，将所述非晶硅层的密度设为ρ_Si，将所述非晶硅层的比热设为c_Si，将所述栅电极的膜厚设为d_G，将所述栅电极的密度设为ρ_G，将所述栅电极的比热设为c_G，将所述栅电极上方的硅层和不在所述栅电极的上方的硅层各自对于所述激光的光吸收率相等时的所述栅电极的吸收率的最大值设为A_G，将通过(A_G/d_G)×(ρ_Si×c_Si)/(ρ_G×c_G)这一算式算出的值设为ΔA’，

则所述绝缘层的膜厚和所述非晶硅层的膜厚满足属于通过以下式(1)至式(4)区划的范围的所述X和所述Y，

式(1)Y≤-0.5634X+(0.8357+27.083×ΔA’)

式(2)Y≤0.5634X+(0.2363+27.083×ΔA’)

式(3)Y≥-0.548X+(0.6545-29.167×ΔA’)

式(4)Y≥0.548X+(0.0715-29.167×ΔA’)。

13.一种显示装置，包括液晶面板或者有机EL面板，

具备权利要求12所述的薄膜晶体管器件，

所述薄膜晶体管器件对所述液晶面板或者有机EL面板进行驱动。

14.根据权利要求13所述的显示装置，

所述显示装置为有机EL面板。

15.一种薄膜晶体管器件的制造方法，包括：

第一工序，准备基板；

第二工序，在所述基板上形成多个栅电极；

第三工序，在所述多个栅电极上形成绝缘层；

第四工序，在所述绝缘层上形成非晶硅层；

第五工序，使波长405nm以上且488nm以下的预定激光器相对于所述基板在一定方向上相对移动，使用从所述预定激光器照射的激光使所述非晶硅层结晶化而生成结晶硅层；以及

第六工序，在与所述多个栅电极各自对应的所述结晶硅层上的区域形成源电极和漏电极，

在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成为使得在所述第五工序中，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极外的所述预定激光器的相对移动方向的上游区域的所述非晶硅层的最高到达温度高于使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极上的区域的所述非晶硅层的最高到达温度，并且，使得在所述栅电极上的区域内，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述非晶硅层的最高到达温度大致一定。

16.根据权利要求15所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成所述栅电极的膜厚、所述绝缘层的膜厚以及所述非晶硅层的膜厚，使得在所述第五工序中，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极外的所述预定激光器的相对移动方向的上游区域的所述非晶硅层的最高到达温度高于使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述栅电极上的区域的所述非晶硅层的最高到达温度，并且，使得在所述栅电极上的区域内，使用所述激光照射了所述非晶硅层时的所述非晶硅层的最高到达温度大致一定。

17.一种薄膜晶体管器件的制造方法，包括：

第一工序，准备基板；

第二工序，在所述基板上形成栅电极；

第三工序，在所述栅电极上形成绝缘层；

第四工序，在所述绝缘层上形成含有半导体材料的层；

第五工序，对所述半导体材料的层照射波长405nm以上且488nm以下的预定激光，使所述半导体材料结晶化而生成半导体层；以及

第六工序，在与第一区域不同的第二区域的所述半导体层上形成源电极和漏电极，所述第一区域为与所述栅电极对应的区域，所述第二区域为与所述栅电极不对应的区域，

在所述第二工序、所述第三工序以及所述第五工序中，

通过以使得所述半导体材料的层在所述第二区域的每单位体积的发热量大于所述半导体材料的层在所述第一区域的每单位体积的发热量的方式生成所述半导体层，从而在所述第五工序中，对从通过照射所述预定激光而发热的所述第一区域的所述半导体材料的层向所述第二区域的所述半导体材料的层的热量扩散进行抑制而蓄热，并且，在发热的所述第一区域的所述半导体材料的层中，形成具有相等的温度分布的部位，使所述半导体材料结晶化，所述热量是向所述栅电极导热而被所述栅电极吸收的热量。

18.根据权利要求17所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成所述栅电极的膜厚、所述绝缘层的膜厚以及所述半导体材料的层的膜厚，使得所述半导体材料的层在所述第二区域的每单位体积的发热量大于所述半导体材料的层在所述第一区域的每单位体积的发热量。

19.根据权利要求17所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

在所述第五工序中的所述预定激光相对于所述基板的相对移动方向上，所述半导体材料的层的所述第二区域相对于所述第一区域与上游区域和下游区域对应。

20.根据权利要求17所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成为使得在所述第五工序中，所述半导体材料的层在所述第二区域的每单位体积的发热量比半导体材料的层在所述第一区域的每单位体积的发热量大所述栅电极的每单位体积的发热量以上。

21.根据权利要求17所述的薄膜晶体管器件的制造方法，

在所述第二工序、所述第三工序以及所述第四工序中，构成为使得在所述第五工序中，形成于所述半导体材料的层的所述第一区域的所述具有相等的温度分布的部位的大小相对于所述第一区域为0.8以上且1.0以下。

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