JP2000306834A

JP2000306834A - レーザ照射方法およびレーザ照射装置および半導体装置

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Publication number: JP2000306834A
Application number: JP2000033877A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Koichiro Tanaka; 幸一郎田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: JP4954359B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パルス発振の線状レーザビームを走査させな
がら照射することで生じる半導体膜の照射ムラを解消
し、特性の揃った半導体膜を得る。【解決手段】半導体薄膜に対するレーザー光の照射に
よる結晶化工程において、レーザ光源として連続発光レ
ーザ発振装置を使う。例えば、アクティブマトリクス型
の液晶表示装置の作製方法において、線状に加工された
連続発光エキシマレーザービームを該線方向に垂直な方
向に走査させながら半導体膜に照射する。このようにす
れば、従来のパルスレーザによる照射跡ができないので
より均質な結晶化が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は薄膜トランジスタ
で構成された回路を有する半導体装置に関する。例えば
液晶表示装置に代表される電気光学装置およびその様な
電気光学装置を部品として搭載した電気機器の構成に関
する。なお、本明細書中において半導体装置とは、半導
体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、上
記電気光学装置および電気機器も半導体装置である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上に形成され
た非晶質半導体膜や結晶性半導体膜（単結晶でない、多
結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）、すなわ
ち、非単結晶半導体膜に対し、レーザアニールを施し
て、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く
研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用い
られる。

【０００３】ガラス基板は、従来よく使用されてきた石
英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基
板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研
究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザ
が使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからであ
る。レーザは基板の温度をあまり変えずに非単結晶膜に
のみ高いエネルギーを与えることができる。

【０００４】レーザアニールを施して形成された結晶性
珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜
を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例え
ば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用の
ＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置
等に盛んに利用されている。該結晶性珪素膜は多くの結
晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結
晶半導体膜と呼ばれる。

【０００５】また、出力の大きい、エキシマレーザ等の
パルスレーザビームを、被照射面において、数ｃｍ角の
四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるよう
に光学系にて加工し、レーザビームを走査させて（レー
ザビームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させ
て）、レーザアニールを行う方法が、量産性が良く、工
業的に優れているため、好んで使用される。さらに、最
近では、Ａｒレーザ等の連続発振レーザで、出力のより
高いものが開発されてきている。半導体膜のアニールに
連続発振レーザを使用し、よい結果がでたとの報告もあ
る。

【０００６】特に、線状レーザビームを用いると、前後
左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた
場合とは異なり、線状レーザの線方向に直角な方向だけ
の走査で被照射面全体にレーザ照射を行うことができる
ため、高い量産性が得られる。線方向に直角な方向に走
査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるから
である。この高い量産性により、現在レーザアニールに
はパルス発振エキシマレーザビームを適当な光学系で加
工した線状レーザビームを使用することが主流になりつ
つある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記パルス発振エキシ
マレーザビームを線状に加工し、例えば非単結晶珪素膜
に対し、該線状レーザビームを走査させながら照射した
場合、ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしま
う現象が目立った。（図２２参照。）

【０００８】これらの縞の一本一本で膜の半導体特性が
著しく異なったため、例えばこの縞状の膜を使用してド
ライバー画素一体型（システムオンパネル）の液晶表示
装置を作成した場合、この縞が画面にそのまま出てしま
う不都合が生じた。画面上にでる縞はドライバー部にお
ける結晶性の不均一と画素部のそれの両方に起因した。
この問題は、レーザの照射対象である非単結晶珪素膜の
膜質を改良することで、改善されつつあるが、まだ十分
ではない。本発明はこの問題を解決するものである。

【０００９】上記縞模様ができる原因は、幅方向におけ
る線状レーザビームエッジ付近のエネルギーのぼやけで
あった。一般に線状レーザビームを形成する場合、ビー
ムホモジナイザと呼ばれる光学系を用いてエネルギーの
均質化が行われる。このように加工されたビームは非常
に均質性の高いものとなる。

【００１０】しかしながら、光の性質上、該線状レーザ
ビームエッジはやはりエネルギーが徐々に減衰する領域
ができた。該領域が照射された半導体膜の結晶性は、ビ
ーム内部が当たった領域と比較して悪い。そこで、線状
レーザビームをそのビーム幅方向に徐々にずらしながら
重ねて照射することにより、結晶性の悪い領域の結晶性
を高める方法をとった。

【００１１】本発明人の実験によると、重ね合わせのピ
ッチは線状レーザビームのビーム巾（半値幅）の１０分
の１前後が最も適当であった。これにより、上記結晶性
の悪い領域の結晶性は改善された。上記の例では、半値
幅が０．６ｍｍであったので、エキシマレーザのパルス
周波数を３０ヘルツ、走査速度を１．８ｍｍ／ｓとし、
レーザ照射を行った。このとき、レーザのエネルギー密
度は３８０ｍＪ／ｃｍ²とした。これまで述べた方法は
線状レーザを使って半導体膜を結晶化するために用いら
れる極めて一般的なものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】最近、連続発光エキシマ
レーザ発振装置が開発された。該レーザは、発振ガスの
励起を促進するためにマイクロ波を使用していた。ギガ
ヘルツオーダーのマイクロ波を発振ガスに照射すること
で、発振の律速となっている反応を促進させる。これに
より、いままで出来なかった連続発光のエキシマレーザ
の開発が可能となった。

【００１３】珪素膜の結晶化にエキシマレーザを使用す
る利点は、珪素膜のエキシマレーザに対する吸収係数の
高さにあった。珪素膜の結晶化によく使われる波長５０
０ｎｍ前後に波長をもつ連続発光アルゴンレーザの珪素
膜に対する吸収係数は、１０ ⁵／ｃｍ程度であった。よ
って、アルゴンレーザの強度は、珪素膜を１００ｎｍ透
過した時点で１／e（eは自然対数。）に減衰した。とこ
ろが、エキシマレーザの場合、吸収係数が１０⁶／ｃｍ
程度と１桁高いので、その強度は珪素膜を１０ｎｍ透過
した時点で１／eに減衰した。

【００１４】一般に、ガラス基板上に形成された半導体
素子の材料となる珪素膜の厚さは５０ｎｍ前後が適当と
されている。珪素膜が５０ｎｍより厚いとオフ特性が悪
くなる傾向にあり、薄いと信頼性に影響した。

【００１５】ところが、５０ｎｍの珪素膜にアルゴンレ
ーザを照射した場合、アルゴンレーザ光の半分以上が珪
素膜を抜けてガラス基板に照射されてしまう。これで
は、融点の関係上加熱したくないガラス基板が必要以上
に加熱されてしまう。実際、コーニング１７３７基板上
に酸化珪素膜２００ｎｍと、珪素膜５０ｎｍとを順に成
膜しアルゴンレーザで結晶化を試みると珪素膜が十分結
晶化しないうちにガラスが変形した。

【００１６】一方、エキシマレーザを照射した場合、５
０ｎｍの珪素膜に光エネルギーの殆どが吸収された。よ
って、エキシマレーザ光の殆どすべてを珪素膜の結晶化
に使うことができた。

【００１７】上記のことから考えても、珪素膜の結晶化
にはエキシマレーザを用いるのがよい。珪素膜に対する
吸収係数の高いエキシマレーザは、連続発光のものが世
に出たことで、ますます半導体膜の結晶化に重要なもの
となった。

【００１８】連続発光のエキシマレーザを使えば、本明
細書の課題であるパルスレーザの照射跡が出来なくな
る。よって、非常に均質性の高い膜が得られる。

【００１９】パルスレーザを照射したことにより生じる
珪素膜の起伏を図２２に示し、連続発光レーザを照射し
たことにより生じる珪素膜の起伏を図１に示す。

【００２０】図２２（Ａ）に示した図は、従来のパルス
発振エキシマレーザを走査させながら照射した珪素膜
を、上から見た図である。パルス発振エキシマレーザの
走査方向に平行な断面（線分EFを含む珪素膜に垂直な
面）で該珪素膜を切った断面図が、図２２（Ｂ）であ
る。また、前記断面に垂直かつ珪素膜に垂直な面（線分
ＧＨを含む珪素膜に垂直な面）で該珪素膜を切った断面
図が図２２（Ｃ）である。

【００２１】図２２（Ｂ）をみてわかるとおり、パルス
レーザの照射跡は珪素膜厚と同じオーダーの起伏を発生
させる。一方、図２２（Ｃ）が示す起伏は線状レーザビ
ームの線方向のエネルギー不均一によるものであるが、
該起伏は、図２２（Ｂ）の起伏と比較して非常に小さ
い。

【００２２】図１（Ａ）に示した図は、連続発光エキシ
マレーザを走査させながら照射した珪素膜を上から見た
図である。連続発光エキシマレーザの走査方向に平行な
断面（線分ＡＢを含む珪素膜に垂直な面）で該珪素膜を
切った断面図が、図１（Ｂ）である。また、前記断面に
垂直かつ珪素膜に垂直な面（線分ＣＤを含む珪素膜に垂
直な面）で該珪素膜を切った断面図が図１（Ｃ）であ
る。

【００２３】図１（Ｂ）をみてわかるとおり、連続発光
エキシマレーザの照射跡は、パルスレーザの照射跡と比
較すると、ほとんど無視できる。一方、図１（Ｃ）が示
す起伏は線状レーザビームの線方向のエネルギー不均一
によるものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】ここでは、連続発光エキシマレー
ザを使って非晶質珪素膜を結晶化する具体的方法を述べ
る。

【００２５】まず、基板として１２５×１２５×0.7ｍ
ｍのガラス基板（コーニング１７３７）を用意する。こ
の基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性があ
る。該ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００
ｎｍ成膜する。さらに、その上から非晶質珪素膜を５５
ｎｍの厚さに成膜する。成膜は、共にプラズマＣＶＤ法
にて行う。またはスパッタ法等の公知の成膜方法にて成
膜すればよい。

【００２６】上記成膜済の基板を、４５０℃、１時間の
熱浴にさらす。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減
らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレ
ーザエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれ
る。該膜内の水素の密度は１０の２０乗atoms/cm³オー
ダーが適当である。

【００２７】本実施例では、連続発光エキシマレーザと
して、１０００ＷのＫｒＦエキシマレーザを使う。発振
波長は２４８ｎｍである。

【００２８】基板１枚をレーザ処理する間、該レーザの
エネルギーは、そのエネルギーの変動が±１０％以内、
好ましくは±３％以内、より好ましくは±１％以内に収
まっていると、均質な結晶化が行える。

【００２９】本明細書中で述べているレーザエネルギー
の変動は、以下のように定義する。すなわち、基板１枚
を照射している期間のレーザエネルギーの平均値を基準
とし、その期間の最小エネルギーまたは最大エネルギー
と前記平均値との差を％で表したものである。

【００３０】１０００Ｗの出力で、ガラス基板を加熱せ
ずに珪素膜を結晶化するためには、照射面でのレーザビ
ームのスポットサイズを小さくしエネルギー密度を高く
する必要がある。

【００３１】本明細書中で記する’スポットサイズ’
は、すべて照射面でのレーザビームのサイズを指すもの
とする。このときスポットサイズは、レーザエネルギー
密度の最大値の半値よりも、エネルギー密度の高い領域
の面積で定義する。

【００３２】本発明人がレーザ照射時の熱収支を計算し
たところ、ガラスに熱的な損傷を与えることなしに非晶
質珪素膜を結晶化することのできる最大のスポットサイ
ズを０．５ｍｍ²と見積もった。この計算で、下地酸化
珪素膜の熱伝導率を０．０２Ｗ／ｃｍ・Ｋとした。ま
た、非晶質珪素膜の熱伝導率を０．２Ｗ／ｃｍ・Ｋとし
た。これらの熱伝導率は温度依存するが、３００Ｋ〜非
晶質珪素膜の融点（１２００Ｋ〜１６００Ｋ程度である
と考えられている。）まではほぼ一定であると見なせ
る。該計算の詳細は実施例１で示す。

【００３３】上記で算出したスポットサイズは、従来の
パルス発振のエキシマレーザと比較し非常に小さなもの
である。よって、連続発光エキシマレーザを用いて、従
来と同じサイズの線状レーザビームを形成するには、さ
らに出力の高いレーザの開発を待つ必要がある。

【００３４】上記で算出した最大スポットサイズを持つ
連続発光エキシマレーザを液晶表示装置の製造に生かす
には、例えば、ドライバー画素一体型の低温ＴＦＴ液晶
表示装置のドライバー部のみを結晶化することに利用す
るとよい。一般に、液晶表示装置のドライバーＴＦＴの
特性は画素ＴＦＴと比較し、高い特性が要求される。ド
ライバー部分のみにレーザを照射することにより、ドラ
イバーの特性を飛躍的に向上させることができる。一
方、画素部分は非晶質珪素のままでもよい。

【００３５】ここでは、上記レーザを適当な光学系を用
いて５ｍｍ（ドライバーの幅に対応させる。）×０．１
ｍｍのサイズに変換する。光学系には、シリンドリカル
レンズアレイと集光用のシリンドリカルレンズを組み合
わせたものを使用する。光学系を構成するレンズの材質
は、紫外光を透過させる合成溶融石英を用いる。レンズ
表面には波長２４８ｎｍで透過率９９％以上が得られる
ように、ＡＲコート処理を施す。透過率と耐レーザ性を
高めるためである。

【００３６】該光学系の構成は例えば、図３に示すもの
にするとよい。１０００Ｗの連続発光エキシマレーザを
安定に発振させうるビーム径は直径０．３ｍｍ程度の円
形ビームであると算出されている。よって、まずシリン
ドリカルレンズ３０１、３０２で構成されるビームエキ
スパンダーでビームを１方向に広げ、次にシリンドリカ
ルレンズアレイ３０３でビームを分割し、さらに集光用
シリンドリカルレンズアレイ３０４で照射面に５ｍｍ長
のビームを形成させる。

【００３７】上記シリンドリカルレンズに直角にシリン
ドリカルレンズ３０５を配置し、概略０．３ｍｍ幅とな
っているビームを照射面で０．１ｍｍ幅にする。

【００３８】なお、個々のレンズの焦点距離、厚さは、
以下のとおりである。シリンドリカルレンズ３０１の焦
点距離は１０ｍｍ、厚さは２ｍｍ、シリンドリカルレン
ズ３０２の焦点距離は１７０ｍｍ、厚さは５ｍｍ、シリ
ンドリカルレンズアレイ３０３のそれぞれの焦点距離は
２０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、シリンドリカルレンズ３０４は
焦点距離１００ｍｍ、厚さ３ｍｍ、シリンドリカルレン
ズ３０５は焦点距離２０ｍｍ、厚さ３ｍｍとする。

【００３９】ビームエキスパンダーの直後にはミラー２
０３を配置する。このミラーは必ずしも必要でない。ミ
ラーには入射角４５度で反射率が最大になるようにコー
ティングをする。

【００４０】ビームエキスパンダーを構成するシリンド
リカルレンズ３０１、３０２の間隔は概略１８０ｍｍと
する。必要であれば、ビームがシリンドリカルレンズア
レイ３０３の幅いっぱいに入るように該間隔を調整す
る。シリンドリカルレンズアレイ３０３とシリンドリカ
ルレンズ３０４の間隔は１２０ｍｍとする。

【００４１】シリンドリカルレンズ３０４の１００ｍｍ
後方に照射対象の表面を設置する。また、シリンドリカ
ルレンズ３０５は照射対象の表面から１４ｍｍの位置に
配置する。前記数値は、レーザを実際に設置した後、必
要であれば微調整のために変更する。光学系の配置は幾
何光学が教えるところに従えばよい。

【００４２】上記、照射面でのビーム形状が線状である
連続発光エキシマレーザの、該線方向におけるエネルギ
ー分布が±５％以内であると珪素膜に対し均質な結晶化
を行える。好ましくは、±３％以内、より好ましくは、
±１％以内にするとより均質な結晶化が行える。

【００４３】図２にレーザ照射装置の外観を示す。レー
ザ発振装置２０１から連続発光エキシマレーザビームが
出射され、光学系２０２により線状に加工され、被処理
基板２０４に照射される。

【００４４】レーザ照射は、ＸＹステージ２０５上で行
う。ＸＹステージに上記基板を設置し、ＸＹステージ２
０５の１点にレーザが照射されるようにレーザ照射装置
を設置する。レーザのピントは基板表面に合うように調
整する。ＸＹステージ２０５には位置決め精度が１０μ
ｍのものを使用する。

【００４５】例えば、３．５インチのドライバー画素一
体型の液晶表示装置で、画素とドライバーの間の隙間
は、３００μｍ程度ある。よって、画素にレーザを照射
せず、ドライバーのみにレーザを照射するには、上記の
ＸＹステージの精度があれば十分である。

【００４６】レーザ照射は例えば、図４に示すように該
ＸＹステージを走査させながら行う。このとき、画素領
域２０８にはレーザが当たらないようにする。走査のス
ピードは、実施者が適宜決めればよいが、目安は、０．
１〜１０ｍ／ｓの範囲で適当なものを選ぶ。走査スピー
ドが所望のスピードに達するまで、照射前にＸＹステー
ジを助走させる必要がある。この処理をソースドライバ
ー領域２０６と、ゲートドライバー領域２０７に対し行
う。

【００４７】こうして、レーザアニール工程が終了す
る。上記工程を繰り返すことにより、多数の基板を処理
できる。

【００４８】

【実施例】〔実施例１〕上記発明実施の形態にて見積も
った、レーザパワーと最大スポットサイズの関係の算出
方法をここで示す。

【００４９】上記ガラス基板上に形成された非晶質珪素
膜をモデルにする。この計算で酸化珪素膜と非晶質珪素
膜の熱伝導率を、室温から１２００℃（本明細書中で使
用する非晶質珪素膜の融点と仮定した温度）までの範囲
で、それぞれ、０．０２Ｗ／ｃｍ・Ｋと０．２Ｗ／ｃｍ
・Ｋとする。非晶質珪素膜の温度が融点を越えた範囲で
は、その熱伝導率を２Ｗ／ｃｍ・Ｋとする。

【００５０】該非晶質珪素膜のレーザ結晶化の際、各膜
の温度制限は下記のようになる。

【００５１】ガラス基板は、変形することなしに最高６
００℃（コーニング１７３７の歪み点温度は６００℃以
上ある。）まで加熱できる。一方、非晶質珪素膜の温度
は、全体的に該膜の融点を上回らなければならないと仮
定すると、１２００℃にならねばならない。

【００５２】レーザでの結晶化の際中、ある瞬間で非晶
質珪素膜の温度が１２００℃、ガラス基板と酸化珪素膜
の界面温度が６００℃になっているとする。（非晶質珪
素膜の熱伝導率は酸化珪素膜のそれより、１桁〜２桁大
きいので、非晶質珪素膜の温度はただちに一様になると
仮定できる。）この温度分布を維持するためには、酸化
珪素膜中に生じた該温度勾配が引き起こす熱伝導により
非晶質珪素膜から逃げていく熱量を上回る熱を、非晶質
珪素膜に供給する必要がある。

【００５３】該温度分布を与えたとき、酸化珪素膜中を
流れる熱流量Ｆ（Ｗ／ｃｍ²）は、Ｆ＝０．０２[Ｗ／ｃｍ・Ｋ]×（１２００−６００）[Ｋ]／２０００×１０^-8[ ｃｍ] ＝６×１０⁵[Ｗ／ｃｍ²]

【００５４】一方、本明細書で使用するエキシマレーザ
の出力は１０００Ｗであるから、該非晶質珪素膜を結晶
化できるレーザスポットサイズをＳ[ｃｍ²] とし、レー
ザが供給する熱量が酸化珪素膜を通して逃げる熱量を上
回るとすると、Ｓ < １０００[Ｗ]／Ｆ[Ｗ／ｃｍ²] < ０．００２[ｃｍ²]

【００５５】これでは発明実施の形態に示した最大スポ
ットサイズの半分にも満たない。また、このサイズで
は、連続発光のエキシマレーザを使用するメリットが少
ない。また、上記の結果は、非晶質珪素膜表面からの光
の反射を無視している。

【００５６】使用するコーニング１７３７基板の厚さは
０．７ｍｍであるから、該基板の極表面だけ歪み点温度
を上回ることを許容し、再度計算した。該基板の極表
面、深さ０．００１ｍｍ（基板の厚さの１／７００）の
範囲のみ該基板の歪み点温度を上回ったと仮定すると、
ガラス基板と酸化珪素膜の界面温度を１１００℃まであ
げることができる。

【００５７】該温度分布を与えたとき、酸化珪素膜中を
流れる熱の流量Ｆ’（Ｗ／ｃｍ²）はＦ’＝０．０２ [Ｗ／ｃｍ・Ｋ]×（１２００−１１００）[Ｋ]／２０００×１０^-8[ｃｍ] ＝１×１０⁵[Ｗ／ｃｍ²]

【００５８】一方、本明細書で使用するエキシマレーザ
の出力は１０００Ｗであるから、該非晶質珪素膜を結晶
化できるレーザスポットサイズをＳ’[ｃｍ²] とする
と、Ｓ’< １０００[Ｗ]／Ｆ’[Ｗ／ｃｍ²] < ０．０１[ｃｍ²]

【００５９】エキシマレーザの波長領域では、約半分の
エネルギーが非晶質珪素膜で反射されてしまうので、結
局、（求めるレーザスポットサイズ） < ０．０１[ｃｍ²]
／２ < ０．００５[ｃｍ²]となる。この値は発明実施の形態で使ったものである。

【００６０】上記の結果を非晶質珪素膜を結晶化するの
に必要な連続発光のレーザパワーＬｗ（Ｗ）とスポット
サイズＳｐ（ｃｍ²）の関係式に直すと、Ｌｗ/２Ｓｐ > Ｆ’ 故にＬｗ > ２×１０⁵Ｓｐこれまでの計算は、下地を厚さ２００ｎｍの酸化珪素
膜、半導体膜を厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜、基板を厚
さ０．７ｍｍのコーニング１７３７とした場合を想定し
て行ったものである。よって、他の材質を使ったり、厚
さを変更したりすれば、上記の結果は変わってくるが、
オーダーで変わる結果ではない。

【００６１】例えば、上記の条件で下地酸化珪素膜の厚
さを４００ｎｍとすると、該結果は、Ｌｗ > １×１０⁵Ｓｐ・・・・・・・・（式Ａ）となる。

【００６２】さてここで、半導体膜を結晶化するのに必
要な最小のスポットサイズを考える。あるサイズよりも
小さいスポットサイズで半導体膜を結晶化した場合、熱
伝導でスポットの外側（レーザが当たっている周りの半
導体膜）に逃げていく熱量が、総熱量に比較して大きく
なり、結晶化の均質性が損なわれるためである。

【００６３】上記最小スポットを大きめに見積もって、
角ビームの一辺のサイズが膜厚の１０００倍程度あれば
十分であるとするとＳｐ＞(５０[nm]×１０００)² Ｓｐ＞２．５×１０^-5[cm²]・・・・・・（式Ｂ）

【００６４】（式Ａ）及び（式Ｂ）の関係をグラフにし
たものを図５に示した。

【００６５】〔実施例２〕上記実施例１で計算したスポ
ットサイズは非常に小さいので、大量生産には使いにく
い。そこで、本実施例では、歪み点温度が高い石英基板
を基板に使用することでレーザビームのサイズを飛躍的
に大きくした例を示す。石英基板は珪素膜の融点温度に
加熱されても全く変形、変質しない。よって、ビームサ
イズを広げることができる。本実施例中、照射対象は、
発明実施の形態で示した珪素膜基板で、基板をガラス基
板から厚さ１．１ｍｍの石英基板に置換したものとす
る。

【００６６】本実施例では、１０００Ｗの連続発光エキ
シマレーザを線状ビーム（サイズ１２５ｍｍ×０．４ｍ
ｍ）に加工し使用する例を示す。該レーザを線状ビーム
に加工する手段を図８に示す。

【００６７】図８に示す装置は、レーザ発振装置４０６
からのレーザ光（この状態では概略矩形形状を有してい
る）を４０７、４０８、４０９、４１０、４１２で示す
光学系を介して、線状ビーム４０５として照射する機能
を有している。ステージ４１３は１方向に動作する１軸
ステージである。これを走査させることで、ステージ４
１３上に配置する基板をレーザ照射する。

【００６８】なお、レーザ発振装置から出射されるレー
ザビームのサイズは、もともと直径０．３ｍｍ円ビーム
であるが、これを図示しない２組のビームエキスパンダ
ーを使って概略１０×３５ｍｍの楕円に広げる。４１１
はミラーである。

【００６９】上記光学系はすべて石英製である。石英
は、エキシマレーザの波長域の透過率が十分高いために
使用された。また、使用するエキシマレーザの波長（本
明細書では2４８ｎｍ）にあわせ適当なコーティングを
光学系表面に施した。これにより、レンズ単体で透過率
９９％以上が得られた。また、レンズの耐久性も増し
た。

【００７０】４０７はシリンドリカルレンズアレイと呼
ばれ、ビームを多数に分割する機能を有する。この分割
された多数のビームは、シリンドリカルレンズ４１０で
１つに合成される。

【００７１】この構成は、ビーム内の強度分布を均一に
するために必要とされる。また、シリンドリカルレンズ
アレイ４０８とシリンドリカルレンズ４０９との組み合
わせも上述したシリンドリカルレンズアレイ４０７とシ
リンドリカルレンズ４１０の組み合わせと同様な機能を
有する。

【００７２】シリンドリカルレンズアレイ４０７とシリ
ンドリカルレンズ４１０の組み合わせは、線状レーザビ
ームの長手方向における強度分布を均一にする機能を有
し、シリンドリカルレンズアレイ４０８とシリンドリカ
ルレンズ４０９の組み合わせは、線状レーザビームの幅
方向における強度分布を均一にする機能を有している。

【００７３】シリンドリカルレンズアレイ４０８とシリ
ンドリカルレンズ４０９の組み合わせにより、いったん
ビーム幅ｗのビームが形成される。ミラー４１１を介し
て、さらに、ダブレットシリンドリカルレンズ４１２を
配置することにより、より細い（ビーム幅ｗよりも細
い）線状レーザビームを得ることができる。

【００７４】図8の光学系で形成される線状レーザビー
ムのエネルギー分布は、その幅方向の断面をみると、矩
形状の分布を示した。すなわち、エネルギー密度につい
て非常に均質性の高い線状レーザビームを得ることがで
きた。

【００７５】このとき、シリンドリカルレンズアレイ４
０７としては、焦点距離４１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３０
ｍｍ、中心厚５ｍｍのシリンドリカルレンズを７本使用
した。

【００７６】また、シリンドリカルレンズアレイ４０８
としては、焦点距離２５０ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ６０ｍ
ｍ、中心厚５ｍｍのシリンドリカルレンズを５本使用し
た。

【００７７】また、シリンドリカルレンズ４０９として
は、焦点距離２００ｍｍ、、幅３０ｍｍ、長さ１２０ｍ
ｍ、中心厚１０ｍｍのシリンドリカルレンズを使用し
た。

【００７８】また、シリンドリカルレンズ４１０として
は、焦点距離１０２２ｍｍ、幅１８０ｍｍ、長さ４０ｍ
ｍ、中心厚３５ｍｍのシリンドリカルレンズを使用し
た。

【００７９】また、ダブレットシリンドリカルレンズ４
１２としては、幅９０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、中心厚１
６ｍｍのシリンドリカルレンズを２枚組にし、合成焦点
距離を２２０ｍｍとしたものを使用した。

【００８０】なお、上記レンズはみな幅方向に曲率を有
し、すべて球面レンズであった。レンズの材質は合成石
英で、透過光の波長２４８ｎｍで透過率９９％以上が得
られるように、ＡＲコート処理を施した。

【００８１】また、シリンドリカルレンズアレイ４０７
は、レーザの光路に沿って、照射面から、２１００ｍｍ
レーザ寄りに配置した。

【００８２】また、シリンドリカルレンズアレイ４０８
は、レーザの光路に沿って、照射面から、１９８０ｍｍ
レーザ寄りに配置した。

【００８３】また、シリンドリカルレンズ４０９は、レ
ーザの光路に沿って、照射面から、１５８０ｍｍレーザ
寄りに配置した。

【００８４】また、シリンドリカルレンズ４１０は、レ
ーザの光路に沿って、照射面から、１０２０ｍｍレーザ
寄りに配置した。

【００８５】また、ダブレットシリンドリカルレンズ４
１２は、レーザの光路に沿って、照射面から、２７５ｍ
ｍレーザ寄りに配置した。

【００８６】上記の数値は、だいたいの目安であり、レ
ンズの作成精度などによった。

【００８７】上記サイズに加工された線状の連続発光エ
キシマレーザビームを、図７で示すような方法で走査さ
せることで、珪素膜全面を結晶化させる。該線状レーザ
ビームの長辺の長さは珪素膜短辺の長さ以上であるか
ら、１度の走査で基板全面が結晶化できる。図７中、基
板は４０１、ソースドライバー領域は４０２、ゲートド
ライバー領域は４０３、画素領域は４０４である。図７
をみればわかるように、線状レーザビームを１度走査す
るだけで、珪素膜全体が結晶化される。

【００８８】走査のスピードは、実施者が適宜決めれば
よいが、目安は、０．５〜１００ｍｍ／ｓの範囲で適当
なものを選ぶ。このとき走査スピードが所望のスピード
に達するまで、照射前に１軸ステージを助走させる必要
がある。

【００８９】〔実施例３〕本実施例では、実施例２と同
じ仕様の１０００Ｗ連続発光エキシマレーザを用いて、
ガラス基板上に形成した珪素膜を結晶化する工程をしめ
す。本実施例の結晶化工程では、ガラス基板の極表面が
溶けるので、珪素膜の汚染防止のため下地をやや厚めに
した例を示す。

【００９０】まず、基板として１２５×１２５×0.7ｍ
ｍのガラス基板（コーニング１７３７）を用意する。こ
の基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性があ
る。該ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を４００
ｎｍ成膜する。さらに、その上から非晶質珪素膜を５５
ｎｍの厚さに成膜する。成膜は、共にスパッタ法にて行
う。あるいはプラズマＣＶＤ法にて成膜してもよい。

【００９１】上記成膜済の基板を、４５０℃、１時間の
熱浴にさらす。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減
らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレ
ーザエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれ
る。該膜内の水素の密度は１０の２０乗atoms/cm³オ
ーダーが適当である。

【００９２】使用するコーニング１７３７基板の厚さは
０．７ｍｍであるから、該基板の表面だけ歪み点温度を
上回ることを許容し計算した。該基板の表面、深さ０．
１ｍｍ（基板の厚さの１／７）の範囲のみ該基板の歪み
点温度を上回ったと仮定すると、このときガラス基板と
酸化珪素膜の界面温度は１１９８℃まで上昇する。

【００９３】該温度分布を与えたとき、酸化珪素膜中を
流れる熱の流量Ｆ”（Ｗ／ｃｍ²）はＦ”＝０．０２ [Ｗ／ｃｍ・Ｋ]×（１２００−１１９８）[Ｋ]／４０００×１０^-8[ｃｍ] ＝１×１０³[Ｗ／ｃｍ²]

【００９４】一方、本明細書で使用するエキシマレーザ
の出力は１０００Ｗであるから、該非晶質珪素膜を結晶
化できるレーザスポットサイズをＳ”[ｃｍ²] とする
と、Ｓ”< １０００[Ｗ]／Ｆ’[Ｗ／ｃｍ²] < １[ｃｍ²]

【００９５】エキシマレーザの波長領域では、約半分の
エネルギーが非晶質珪素膜で反射されてしまうので、結
局、（求めるレーザスポットサイズ） < １[ｃｍ²]／２ < ０．５[ｃｍ²]となる。本実施例で使用するレーザビームのスポットサイズは
０．４×１２５ｍｍ＝０．５[ｃｍ²]で上記の結果の最
大値と一致する。

【００９６】上記の結果を非晶質珪素膜を結晶化するの
に必要な連続発光のレーザパワーＬｗ（Ｗ）とスポット
サイズＳｐ（ｃｍ²）の関係式に直すと、Ｌｗ/２Ｓｐ > Ｆ” 故にＬｗ > ２×１０³Ｓｐこれまでの計算は、下地を厚さ４００ｎｍの酸化珪素
膜、半導体膜を厚さ５５ｎｍの非晶質珪素膜、基板を厚
さ０．７ｍｍのコーニング１７３７とした場合を想定し
て行ったものである。よって、他の材質を使ったり、厚
さを変更したりすれば、上記の結果は変わってくるが、
オーダーで変わる結果ではない。

【００９７】〔実施例４〕本実施例では、多結晶珪素膜
に連続発光エキシマレーザを照射する方法を示す。

【００９８】ガラス基板には、コーニング１７３７を用
いる。該基板の片方の面に、厚さ２００ｎｍの酸化珪素
膜と、厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜を順に成膜する。そ
の後、窒素雰囲気中、６００℃の雰囲気に２４時間さら
し、非晶質珪素膜を結晶化する。

【００９９】また、非晶質珪素膜の結晶化に特開平７−
１３０６５２号公報（米国特許番号０８／３２９，６４
４に対応）の実施例２に記載された技術を用いてもよ
い。同公報に記載された技術は、結晶化を促進する触媒
元素（コバルト、パラジウム、ゲルマニウム、白金、
鉄、銅、代表的にはニッケル）を非晶質珪素膜の表面に
選択的に保持させ、その部分を核成長の種として結晶化
を行う技術である。

【０１００】まず、非晶質珪素膜上に、濃度が１０ｐｐ
ｍの酢酸ニッケル水溶液を塗布し、これを窒素雰囲気に
て５５０℃の雰囲気に４時間さらし、非晶質珪素膜を結
晶化してもよい。該塗布の方法はスピンコート法を使う
とよい。

【０１０１】この技術によれば、ニッケルを添加した非
晶質珪素膜は、低温短時間で結晶化する。これは、ニッ
ケルが結晶成長の核の役割を果たし、結晶成長を促進さ
せるのが原因と考えられている。

【０１０２】上記の方法で結晶化される非晶質珪素膜
は、結晶化温度が低いため欠陥を多く含んでおり、半導
体素子の材料としては不十分な場合がある。そこで、該
多結晶珪素膜の結晶性を向上させるため、レーザを該膜
に照射する。

【０１０３】用いるレーザは、発明実施の形態で使った
ものとする。また、レーザ照射方法も発明実施の形態と
同様にすればよい。実施例１で示した非晶質珪素膜を結
晶化するのに必要なレーザ出力とスポットサイズの関係
は、多結晶珪素膜に対しても同様である。

【０１０４】なぜならば、多結晶珪素膜中には、多数の
欠陥が存在するからである。該欠陥領域は非晶質珪素と
同様の物性を有しているので、発明実施の形態で示した
レーザ照射方法は該領域の欠陥の修復に用いることがで
きる。

【０１０５】〔実施例５〕本実施例では、基板の全面を
レーザで結晶化する方法を示す。発明実施の形態では、
ドライバー領域のみの結晶化を行ったが、本実施例で
は、基板全面をレーザ照射する。

【０１０６】使用するレーザは、図２に示したものとす
る。ビーム長は５ｍｍあるので、５ｍｍずつ走査位置を
ずらしながら、基板全面にレーザ照射する。レーザの１
走査領域とその隣の走査領域の重なり部分を制御するこ
とが重要である。

【０１０７】レーザの重なり部分は、先に述べたように
特性がやや悪い。よって、この重なり部分が素子領域に
入らないようにする。該重なり部分はレーザビーム長さ
方向の端にあるエネルギーの減衰する領域に当てる。該
減衰領域は、レーザビームを形成する光学系の精度にも
よるが、現在の技術水準で５０μｍ程度に抑えることが
できる。

【０１０８】よって、本実施例で使用する５ｍｍ長のレ
ーザビームを５０μｍずつ重ね合わせて基板全面にレー
ザを照射する。該重ね合わせの領域には、素子のチャネ
ル領域やオフセット領域、ＬＤＤ領域がこないようにす
る。

【０１０９】上記全面照射の様子は図６に示す。

【０１１０】〔実施例６〕液晶パネルを量産する場合、
１枚の基板上に複数のパネルを形成し工程終了後、基板
を切断する方法が、一般に行われている。

【０１１１】本実施例では、このような多面取りの基板
に対し、連続発光エキシマレーザ発振装置を光源とす
る、線状レーザビームを照射する例を示す。本実施例
中、多面取り基板のサイズは、６００ｍｍ×７２０ｍｍ
とする。

【０１１２】多面取りの基板に対し線状レーザを照射す
る方法は様々考えられるが、本実施例では、代表的なも
のを挙げて説明する。

【０１１３】本実施例で用いる方法を図９に示す。連続
発光エキシマレーザ発振装置１３０１から出射されたレ
ーザ光は光学系１３０２、ミラー１３０３を介すること
により、照射面（基板１３０６）で線状レーザビーム１
３０４となる。光学系１３０２には、先の実施例で示し
たもの、例えば、図８に示したものを使う。

【０１１４】本実施例で、基板１３０６上には、５×６
枚、つまり３０枚の３．５インチ液晶パネルが形成され
る。多面取り基板のサイズは６００ｍｍ×７２０ｍｍで
あることから、１枚のパネルがしめる領域は１２０ｍｍ
×１２０ｍｍの正方形となる。図９は簡単のため４つの
液晶パネルのみ図示する。その内の１つの、ソースドラ
イバーとなる領域１３０７、ゲートドライバーとなる領
域１３０８、画素となる領域１３０９を図示する。

【０１１５】図８に示した光学系で形成される線状レー
ザビーム長さは、１２５ｍｍであるので、１枚のパネル
のしめる領域（１２０ｍｍ角の正方形）１辺の長さより
も長い。よって、線状レーザビームを１方向に１回走査
するだけで、パネル１列分の領域を処理できる。多面取
り基板１３０６上には、パネルが６行５列でならんでい
ることから、５回の走査で基板全面をレーザ照射でき
る。基板の走査には、ＸＹステージ１３０５を動かすこ
とで行う。基板の走査方向は、例えば、図９中の点線の
矢印で示す方向とする。

【０１１６】なお、図９では４つの液晶パネルのみ図示
したが、特に限定されないことは言うまでもない。

【０１１７】〔実施例７〕本実施例では、多面取りの基
板に対し、連続発光エキシマレーザ発振装置を光源とす
る、線状レーザビームを照射する他の例を示す。本実施
例中、多面取り基板のサイズは、６００ｍｍ×７２０ｍ
ｍとする。

【０１１８】本実施例で用いる方法を図１０に示す。連
続発光エキシマレーザ発振装置１４０１から出射された
レーザ光は光学系１４０２、ミラー１４０３を介するこ
とにより、照射面（基板１４０６）で線状レーザビーム
１４０４となる。光学系１４０２には、先の実施例で示
したもの、例えば、図８に示したものを使う。

【０１１９】本実施例で、基板１４０６上には、１０×
１２枚、つまり１２０枚の２．６インチ液晶パネルが形
成される。多面取り基板のサイズは６００ｍｍ×７２０
ｍｍであることから、１枚のパネルがしめる領域は６０
ｍｍ×６０ｍｍの正方形となる。図１０は簡単のため４
つの液晶パネルのみ図示する。その内の１つの、ソース
ドライバーとなる領域１４０７、ゲートドライバーとな
る領域１４０８、画素となる領域１４０９を図示する。

【０１２０】図８に示した光学系で形成される線状レー
ザビーム長さは、１２５ｍｍであるので、上記４枚のパ
ネルを２行２列に並べたときの（１２０ｍｍ角の正方
形）１辺の長さよりも長い。よって、線状レーザビーム
を１方向に１回走査するだけで、パネル２列分の領域を
処理できる。多面取り基板１４０６上には、パネルが１
２行１０列でならんでいることから、５回の走査で基板
全面をレーザ照射できる。基板の走査には、ＸＹステー
ジ１４０５を動かすことで行う。基板の走査方向は、例
えば、図１０中の点線の矢印で示す方向とする。

【０１２１】線状レーザビームの長さが長くなればなる
ほど、あるいは、パネルが小さくなればなるほど、線状
レーザビームの１回の走査でレーザ照射できるパネルの
列の本数は増える。線状レーザビームの長さとパネルサ
イズによっては、パネル３列分またはそれ以上を線状レ
ーザビーム１回の走査でレーザ照射することができる。

【０１２２】なお、図１０では４つの液晶パネルのみ図
示したが、特に限定されないことは言うまでもない。

【０１２３】〔実施例８〕本実施例では、発明実施の形
態、または、上記各実施例で得られた結晶性珪素膜を利
用してＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を作製する例を示
す。本実施例の工程を図１１〜１３に示す。

【０１２４】まず、基板としてガラス基板７０１を用意
し、その上に２００ｎｍ厚の酸化珪素膜（下地膜とも呼
ぶ）７０２と厚さ５５ｎｍの非晶質珪素膜７０３ａとを
大気解放しないまま連続的に成膜した。（図１１
（Ａ））こうすることで非晶質珪素膜７０３ａの下表面
に大気中に含まれるボロン等の不純物が吸着することを
防ぐことができる。

【０１２５】なお、本実施例では非晶質半導体膜とし
て、非晶質珪素（アモルファスシリコン）膜を用いた
が、他の半導体膜であっても構わない。非晶質シリコン
ゲルマニウム膜でも良い。また、下地膜及び半導体膜の
形成手段としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法またはス
パッタ法等を用いることができる。この後、水素濃度が
高い場合は水素濃度低減するための加熱処理を行うとよ
い。

【０１２６】次に、非晶質珪素膜７０３ａの結晶化を行
う。本実施例では、発明の実施の形態に示したレーザー
照射方法を用いてレーザー結晶化を行った。こうしてレ
ーザー照射を行って結晶化させ、結晶質珪素（ポリシリ
コン）膜からなる領域７０４ａを形成した。（図１１
（Ｂ））

【０１２７】そして、形成された結晶質珪素（ポリシリ
コン）膜をパターニングして、ＴＦＴの半導体層７０４
ｂを形成した。（図１１（Ｃ））

【０１２８】なお、半導体層７０４ｂを形成する前後
に、結晶質珪素膜に対してＴＦＴのしきい値電圧を制御
するための不純物元素（リンまたはボロン）を添加して
も良い。この工程はＮＴＦＴまたはＰＴＦＴのみに行っ
ても良いし、双方に行っても良い。

【０１２９】次に、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法
により絶縁膜７０５を形成し、スパッタ法により第１の
導電膜７０６ａ、第２の導電膜７０７ｂを積層形成す
る。（図１１（Ｄ））

【０１３０】この絶縁膜７０５は、ＴＦＴのゲート絶縁
膜として機能することになる絶縁膜であり、膜厚は５０
〜２００ｎｍとする。本実施例では、シリコン酸化物を
ターゲットとして用いたスパッタ法により１００ｎｍ厚
の酸化珪素膜を形成した。また、酸化珪素膜のみでなく
酸化珪素膜の上に窒化珪素膜を設けた積層構造とするこ
ともできるし、酸化珪素膜に窒素を添加した酸化窒化珪
素膜を用いても構わない。

【０１３１】なお、本実施例では非晶質珪素膜のレーザ
結晶化を行った後、パターニングを行いゲート絶縁膜を
形成した例を示したが、特に工程順序は限定されず、非
晶質珪素膜とゲート絶縁膜をスパッタ法にて連続成膜し
た後、レーザ結晶化を行いパターニングを施す工程とし
てもよい。スパッタ法にて連続成膜した場合、良好な界
面特性が得られる。

【０１３２】また、第１の導電膜７０６ａは、Ｔa、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を主成分とする導電材料
を用いる。第１の導電膜７０６ａの厚さは５〜５０ｎ
ｍ、好ましくは１０〜２５ｎｍで形成すれば良い。一
方、第２の導電膜７０７ａは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉを主成
分とする導電材料を用いる。第２の導電膜７０７ａは１
００〜１０００ｎｍ、好ましくは２００〜４００ｎｍで
形成すれば良い。第２の導電膜７０７ａは、ゲート配線
またはゲートバスラインの配線抵抗を下げるために設け
られている。

【０１３３】次いで、パターニングによって第２の導電
膜７０７ａの不要な部分を除去して、配線部にゲートバ
スラインの一部となる電極７０７ｂを形成した後、レジ
ストマスク７０８ａ〜ｄを形成する。レジストマスク７
０８ａはＰＴＦＴを覆い、レジストマスク７０８ｂはド
ライバー回路のＮＴＦＴのチャネル形成領域を覆うよう
にして形成する。また、レジストマスク７０８ｃは電極
７０７ｂを覆い、レジストマスク７０８ｄは画素部のチ
ャネル形成領域を覆うようにして形成する。その後、レ
ジストマスク７０８ａ〜ｄをマスクとしてｎ型を付与す
る不純物元素の添加を行い、不純物領域７１０、７１１
を形成した。（図１２（Ａ））

【０１３４】本実施例ではｎ型を付与する不純物元素と
してリンを用い、フォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオ
ンドープ法で行った。この工程ではゲート絶縁膜７０９
と第１の導電膜７０６ａを通してその下の半導体層７０
４ｂにリンを添加するために、加速電圧は８０ｋｅＶと
して、高めに設定した。半導体層７０４ｂに添加される
リンの濃度は、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹atoms/cm³の範
囲にするのが好ましく、ここでは１×１０¹⁸atoms/cm³
とした。そして、半導体層にリンが添加された領域７１
０、７１１が形成された。ここで形成されたリンが添加
された領域の一部は、ＬＤＤ領域として機能する。ま
た、マスクで覆われてリンが添加されなかった領域（結
晶質珪素膜からなる領域７０９、７１２）の一部は、チ
ャネル形成領域として機能する。

【０１３５】なお、リンの添加工程は、質量分離を行う
イオンインプランテーション法を用いても良いし、質量
分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。
また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を
設定すれば良い。

【０１３６】次いで、レジストマスク７０８ａ〜ｄを除
去した後、必要があれば活性化処理を行う。そして、第
３の導電膜７１３ａをスパッタ法により成膜形成した。
（図１２（Ｂ））第３の導電膜７１３ａは、Ｔa、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を主成分とする導電材料
を用いる。また、第３の導電膜７１３ａの厚さは１００
〜１０００ｎｍ、好ましくは２００〜５００ｎｍとし
た。

【０１３７】次いで、レジストマスク７１４ａ〜ｄを新
たに形成してパターニングを行いＰＴＦＴのゲート電極
７０６ｂ、７１３ｂの形成、及び配線７０６ｃ、７１３
ｃの形成を行った後、マスク７１４ａ〜ｄをそのまま用
いてｐ型を付与する不純物元素を添加してＰＴＦＴのソ
ース領域、ドレイン領域を形成する。（図１２（Ｃ））
ここではボロンをその不純物元素として、ジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）を用いてイオンドープ法で添加した。ここでも加
速電圧を８０ｋｅＶとして、２×１０²⁰atoms/cm³の濃
度にボロンを添加した。

【０１３８】次いで、レジストマスク７１４ａ〜ｄを除
去して、新たにレジストマスク７１８ａ〜ｅを形成した
後、レジストマスク７１８ａ〜ｅをマスクとしてエッチ
ングを行いＮＴＦＴのゲート配線７０６ｄ、７１３ｄ、
画素部のＴＦＴのゲート配線７０６ｅ、７１３ｅ、保持
容量の上部配線７０６ｆ、７１３ｆを形成する。（図１
２（Ｄ））

【０１３９】次いで、レジストマスク７１８ａ〜ｅを除
去し、新たにレジストマスク７１９を形成した後、ＮＴ
ＦＴのソース領域、ドレイン領域にｎ型を付与する不純
物元素を添加して不純物領域７２０〜７２５を形成す
る。（図１３（Ａ））ここでは、フォスフィン（Ｐ
Ｈ₃）を用いたイオンドープ法で行った。不純物領域７
２０〜７２５に添加されたリンの濃度は、先のｎ型を付
与する不純物元素を添加する工程での濃度と比較して高
濃度であり、１×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³とする
のが好ましく、ここでは１×１０²⁰atoms/cm³とした。

【０１４０】その後、レジストマスク７１９を除去した
後、５０ｎｍの厚さの窒化珪素膜からなる保護膜７２７
を形成して図１３（Ｂ）の状態が得られる。

【０１４１】次いで、添加されたｎ型またはｐ型を付与
する不純物元素を活性化するための活性化処理を行う。
この工程は、電気加熱炉を用いた熱アニール法や、前述
のエキシマレーザを用いたレーザアニール法や、ハロゲ
ンランプを用いたラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ
法）で行えば良い。加熱処理する場合は、３００〜７０
０℃、好ましくは３５０〜５５０℃、本実施例では窒素
雰囲気において４５０℃、２時間の熱処理を行った。

【０１４２】次いで、第１の層間絶縁膜７３０を形成し
た後、コンタクトホールを形成し、ソース電極及びドレ
イン電極７３１〜７３５等を公知の技術により形成す
る。

【０１４３】その後、パッシベーション膜７３６を形成
する。パッシベーション膜７３６としては、窒化珪素
膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、またはこれらの
絶縁膜と酸化珪素膜との積層膜を用いることができる。
本実施例では３００ｎｍ厚の窒化珪素膜をパッシベーシ
ョン膜として用いた。

【０１４４】なお、本実施例では窒化珪素膜を形成する
前処理として、アンモニアガスを用いたプラズマ処理を
行い、そのままパッシベーション膜７３６を形成する。
この前処理によりプラズマで活性化した（励起した）水
素がパッシベーション膜７３６によって閉じこめられる
ため、ＴＦＴの活性層（半導体層）の水素終端を促進さ
せることができる。

【０１４５】さらに、水素を含むガスに加えて亜酸化窒
素ガスを加えると、発生した水分によって被処理体の表
面が洗浄され、特に大気中に含まれるボロン等による汚
染を効果的に防ぐことができる。

【０１４６】パッシベーション膜７３６を形成したら、
第２層間絶縁膜７３７として１μｍ厚のアクリル膜を形
成した後、パターニングしてコンタクトホールを形成
し、ＩＴＯ膜でなる画素電極７３８を形成した。こうし
て図１３（Ｃ）に示すような構造のＡＭ−ＬＣＤが完成
する。

【０１４７】以上の工程で、ドライバー回路のＮＴＦＴ
にはチャネル形成領域７０９、不純物領域７２０、７２
１、ＬＤＤ領域７２８が形成された。不純物領域７２０
はソース領域として、不純物領域７２１はドレイン領域
となった。また、画素部のＮＴＦＴには、チャネル形成
領域７１２、不純物領域７２２〜７２５、ＬＤＤ領域７
２９が形成された。ここで、各ＬＤＤ領域７２８、７２
９には、ゲート電極と重なる領域（ＧＯＬＤ領域）と、
ゲート電極と重ならない領域（ＬＤＤ領域）が形成され
た。

【０１４８】一方、ｐチャネル型ＴＦＴは、チャネル形
成領域７１７、不純物領域７１５、７１６が形成され
た。そして、不純物領域７１５はソース領域として、不
純物領域７１６はドレイン領域となった。

【０１４９】上記方法によって形成された半導体膜を用
いて作製されたＴＦＴを使って、例えば、液晶表示装置
を作製した場合、従来と比較してレーザの加工あとが目
立たないものができた。これは、本発明により個々のＴ
ＦＴの特性のバラツキ、特に移動度のバラツキが抑えら
れたことによる。

【０１５０】図１４（Ａ）はアクティブマトリクス型液
晶表示装置の回路構成の一例を示す。本実施例のアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置は、ソース信号線側ドラ
イバー回路５０１、ゲート信号線側ドライバー回路
（Ａ）５０７、ゲート信号線側ドライバー回路（Ｂ）５
１１、プリチャージ回路５１２、画素部５０６を有して
いる。

【０１５１】ソース信号線側ドライバー回路５０１は、
シフトレジスタ回路５０２、レベルシフタ回路５０３、
バッファ回路５０４、サンプリング回路５０５を備えて
いる。

【０１５２】また、ゲート信号線側ドライバー回路
（Ａ）５０７は、シフトレジスタ回路５０８、レベルシ
フタ回路５０９、バッファ回路５１０を備えている。ゲ
ート信号線側ドライバー回路（Ｂ）５１１も同様な構成
である。

【０１５３】また、本発明は、ＮＴＦＴの駆動電圧を考
慮して、ＬＤＤ領域の長さを同一基板上で異ならしめる
ことが容易であり、それぞれの回路を構成するＴＦＴに
対して、最適な形状を同一工程で作り込むこともでき
る。

【０１５４】また、図１４（Ｂ）は画素部の上面図を示
し、ＴＦＴ部分のＡ−Ａ' 断面構造と配線部のＢ−Ｂ'
断面構造は、図１３（Ｃ）と対応しているため、一部
は同一の符号で示した。図１４（Ｂ）中、６０１は半導
体層、６０２はゲート電極、６０３は容量線を示してい
る。本実施例において、ゲート電極とゲート配線は、第
１の導電層と第３の導電層とから形成され、ゲートバス
ラインは、第１の導電層と第２の導電層と第３の導電層
とから形成されたクラッド構造を有している。

【０１５５】また、図１５（Ａ）は、ドライバー回路を
構成する一部となるＣＭＯＳ回路の上面図を示し、図１
３（Ｃ）と対応している。１１３９はＰＴＦＴのソース
電極、１１４１はドレイン電極、１１４２はＮＴＦＴの
ソース電極、１１２０、１１２１はゲート配線である。
また、本実施例ではＮＴＦＴとＰＴＦＴの活性層が直接
接し、ドレイン電極を共有しているが、特にこの構造に
限定されず、図１５（Ｂ）に示すような構造（活性層が
完全に分離した構造）としてもよい。なお、図１５中の
１２３９はＰＴＦＴのソース電極、１２４１はドレイン
電極、１２４２はＮＴＦＴのソース電極、１２２０、１
２２１はゲート配線である。

【０１５６】また、本実施例の構成は実施例１〜７のい
ずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能であ
る。

【０１５７】〔実施例９〕本実施例では、実施例８と異
なる工程でＡＭ−ＬＣＤを作製する場合の例について図
１６〜１８を用いて説明する。実施例８ではトップゲー
ト型ＴＦＴの例を示したが本実施例ではボトムゲート型
ＴＦＴの例を示す。

【０１５８】まず、ガラス基板８０１上に積層構造（簡
略化のため図示しない）のゲート電極８０２を形成す
る。本実施例ではスパッタ法を用いて窒化タンタル膜と
タンタル膜を積層形成し、公知のパターニングによりゲ
ート配線（ゲート電極含む）８０２ａ〜ｃ及び容量配線
８０２ｄを形成した。

【０１５９】次いで、ゲート絶縁膜、非晶質半導体膜を
順次大気開放せずに積層形成した。本実施例では、窒化
珪素膜と酸化珪素膜の積層をスパッタ法にて形成し、積
層構造のゲート絶縁膜とした。（図１６（Ａ））次い
で、大気開放せずに非晶質珪素膜を成膜した。その後、
水素濃度を低減するための加熱処理を行ってもよい。

【０１６０】次いで、レーザ結晶化を行い、結晶質珪素
膜８０６を形成した。本実施例では、発明の実施の形態
に示したレーザ照射方法を用いて非晶質半導体膜にレー
ザ光を照射した。（図１６（Ｂ））

【０１６１】次いで、チャネル形成領域を保護するチャ
ネル保護膜８０７を形成する。このチャネル保護膜８０
７は公知のパターニングを用いて形成すればよい。本実
施例では、フォトマスクを用いてパターニングを行っ
た。この状態では、チャネル保護膜８０７と接する領域
以外の結晶質珪素膜の表面は露呈している。（図１６
（Ｃ））また、裏面からの露光を用いてパターニングす
る場合にはフォトマスクが必要ないため、工程数を削減
することができる。

【０１６２】次いで、フォトマスクを用いたパターニン
グによってＰＴＦＴ及びＮＴＦＴの一部を覆うレジスト
マスク８０８を形成した。次いで、ｎ型を付与する不純
物元素（本実施例ではリン）の添加を行い、不純物領域
８０９を形成した。（図１７（Ａ））

【０１６３】次いで、レジストマスク８０８を除去した
後、膜厚の薄い絶縁膜８１０で全面を覆った。この薄い
絶縁膜８１０は不純物元素を低濃度に添加するために形
成されたものであり特に必要ではない。（図１７
（Ｂ））

【０１６４】次いで、先の不純物元素の添加工程と比較
して低濃度に不純物元素を添加した。（図１７（Ｃ））
この工程によりチャネル保護膜８０７ｂで覆われた結晶
質珪素膜はチャネル形成領域８１３となり、チャネル保
護膜８０７ｃで覆われた結晶質珪素膜はチャネル形成領
域８１４となる。また、この工程によりＮＴＦＴのＬＤ
Ｄ領域８１１、８１２が形成された。

【０１６５】次いで、Ｎチャネル型ＴＦＴを全面覆うレ
ジストマスク８１５を形成し、ｐ型を付与する不純物元
素を添加した。（図１７（Ｄ））この工程によりチャネ
ル保護膜８０７ａで覆われた結晶質珪素膜はＰＴＦＴの
チャネル形成領域８１６となり、この工程によりＰＴＦ
Ｔのソース領域及びドレイン領域８１７が形成された。

【０１６６】次いで、レジストマスク８１５を除去した
後、半導体層を所望の形状にパターニングした。（図１
８（Ａ））ここで、８１８はドライバー回路のＰＴＦＴ
のソース領域、８１９はドライバー回路のＮＴＦＴのソ
ース領域、８２０は画素部のソース領域、８２１は画素
部のドレイン領域及び容量電極である。

【０１６７】次いで、第１の層間絶縁膜８２２を形成し
た後、コンタクトホールを形成し、ソース電極及びドレ
イン電極８２３〜８２７等を公知の技術により形成す
る。

【０１６８】その後、パッシベーション膜８２８を形成
する。パッシベーション膜８２８としては、窒化珪素
膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、またはこれらの
絶縁膜と酸化珪素膜との積層膜を用いることができる。
本実施例では３００ｎｍ厚の窒化珪素膜をパッシベーシ
ョン膜として用いた。（図１８（Ｂ））

【０１６９】なお、本実施例では窒化珪素膜を形成する
前処理として、アンモニアガスを用いたプラズマ処理を
行い、そのままパッシベーション膜８２８を形成する。
この前処理によりプラズマで活性化した（励起した）水
素がパッシベーション膜８２８によって閉じこめられる
ため、ＴＦＴの活性層（半導体層）の水素終端を促進さ
せることができる。

【０１７０】パッシベーション膜８２８を形成したら、
第２層間絶縁膜８２９として１μm厚のアクリル膜を形
成した後、パターニングしてコンタクトホールを形成
し、ＩＴＯ膜でなる画素電極８３０を形成した。こうし
て図１８（Ｃ）に示すような構造のＡＭ−ＬＣＤが完成
する。

【０１７１】上記方法によって形成された半導体膜を用
いて作製されたＴＦＴを使って、例えば、液晶表示装置
を作製した場合、従来と比較してレーザの加工あとが目
立たないものができた。これは、本発明により個々のＴ
ＦＴの特性のバラツキ、特に移動度のバラツキが抑えら
れたことによる。

【０１７２】また、本実施例の構成は実施例１〜７のい
ずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能であ
る。

【０１７３】〔実施例１０〕本実施例では、実施例８に
おいて結晶質珪素膜の形成に他の手段を用いた場合につ
いて説明する。

【０１７４】本実施例では触媒元素としてニッケルを選
択し、非晶質珪素膜上にニッケルを含んだ層を形成し、
加熱処理（５５０℃の雰囲気に４時間）した後、実施の
形態で示したレーザー光を照射する処理を行って結晶化
した。

【０１７５】次いで、珪素膜の上にレジストマスクを形
成し、１５族に属する元素（本実施例ではリン）の添加
工程を行う。添加するリンの濃度は５×１０¹⁸〜１×１
０²⁰atoms/cm³（好ましくは１×１０¹⁹〜５×１０¹⁹ato
ms/cm³）が好ましい。但し、添加すべきリンの濃度は、
後のゲッタリング工程の温度、時間、さらにはリンドー
プ領域の面積によって変化するため、この濃度範囲に限
定されるものではない。こうしてリンが添加された領域
（以下、リンドープ領域という）が形成された。

【０１７６】レジストマスクは、後にドライバー回路の
ＴＦＴのソース領域またはドレイン領域となる領域の一
部（または全部）を露呈させるようにして配置する。ま
た、同様にレジストマスクは、後に画素部のＴＦＴのソ
ース領域またはドレイン領域の一部（または全部）を露
呈させるようにして配置する。この時、保持容量の下部
電極となる領域にはレジストマスクを配置しないため、
リンが全面的に添加され、リンドープ領域となる。

【０１７７】次に、レジストマスクを除去して、５００
〜６５０℃の熱処理を２〜１６時間加え、珪素膜の結晶
化に用いた触媒元素（本実施例ではニッケル）のゲッタ
リングを行う。ゲッタリング作用を奏するためには熱履
歴の最高温度から±５０℃程度の温度が必要であるが、
結晶化のための熱処理が５５０〜６００℃で行われるた
め、５００〜６５０℃の熱処理で十分にゲッタリング作
用を奏することができる。

【０１７８】そして、触媒元素が低減された結晶質珪素
（ポリシリコン）膜をパターニングして、ＴＦＴの結晶
質半導体層を形成した。以降の工程は実施例８に従えば
よい。

【０１７９】なお、本実施例の構成は実施例１〜９のい
ずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。

【０１８０】〔実施例１１〕本願発明は従来のＭＯＳＦ
ＥＴ上に層間絶縁膜を形成し、その上にＴＦＴを形成す
る際に用いることも可能である。即ち、半導体回路上に
反射型ＡＭ−ＬＣＤが形成された三次元構造の半導体装
置を実現することも可能である。

【０１８１】また、前記半導体回路はＳＩＭＯＸ、Ｓｍ
ａｒｔ−Ｃｕｔ（SOITEC社の登録商標）、ＥＬＴＲＡＮ
（キャノン株式会社の登録商標）などのＳＯＩ基板上に
形成されたものであっても良い。

【０１８２】なお、本実施例を実施するにあたって、実
施例１〜１０のいずれの構成を組み合わせても構わな
い。

【０１８３】〔実施例１２〕本実施例では、実施例８に
示した作製工程で基板上にＴＦＴを形成し、実際にＡＭ
−ＬＣＤを作製した場合について説明する。

【０１８４】図１３（Ｃ）の状態が得られたら、画素電
極７３８上に配向膜を８０ｎｍの厚さに形成する。次
に、対向基板としてガラス基板上にカラーフィルタ、透
明電極（対向電極）、配向膜を形成したものを準備し、
それぞれの配向膜に対してラビング処理を行い、シール
材（封止材）を用いてＴＦＴが形成された基板と対向基
板とを貼り合わせる。そして、その間に液晶材料を保持
させる。このセル組み工程は公知の手段を用いれば良い
ので詳細な説明は省略する。

【０１８５】上記液晶材料としては、例えばＴＮ液晶、
ＰＤＬＣ、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、強誘電性液
晶と反強誘電性液晶の混合物が挙げられる。また、１９
９８，ＳＩＤ，“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａ
ｎｄＤｒｉｖｉｎｇＳｃｈｅｍｅｏｆＰｏｌｙ
ｍｅｒ−ＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＭｏｎｏｓｔａｂｌｅ
ＦＬＣＤＥｘｈｉｂｉｔｉｎｇＦａｓｔＲｅｓ
ｐｏｎｓｅＴｉｍｅａｎｄＨｉｇｈＣｏｎｔｒａ
ｓｔＲａｔｉｏｗｉｔｈＧｒａｙ−Ｓｃａｌｅ
Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ”ｂｙＨ．Ｆｕｒｕｅｅｔ
ａｌ．や、１９９７，ＳＩＤＤＩＧＥＳＴ，８４１，
“ＡＦｕｌｌ−ＣｏｌｏｒＴｈｒｅｓｈｏｌｄｌｅ
ｓｓＡｎｔｉｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬＣＤ
ＥｘｈｉｂｉｔｉｎｇＷｉｄｅＶｉｅｗｉｎｇＡ
ｎｇｌｅｗｉｔｈＦａｓｔＲｅｓｐｏｎｓｅＴｉ
ｍｅ”ｂｙＴ．Ｙｏｓｈｉｄａｅｔａｌ．、また
は米国特許第５５９４５６９号に開示された液晶材料を
用いることが可能である。

【０１８６】特に、無しきい値反強誘電性液晶材料や、
強誘電性液晶材料と反強誘電性液晶材料との混合液晶材
料である無しきい値反強誘電性混合液晶の中には、その
駆動電圧が±２．５Ｖ程度のものも見出されている。こ
のような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶を
用いた場合には、画像信号のサンプリング回路の電源電
圧を５〜８Ｖ程度に抑えることが可能となり、比較的Ｌ
ＤＤ領域の幅が小さなＴＦＴ（例えば、０ｎｍ〜５００
ｎｍまたは０〜２００ｎｍ）を用いる場合において有効
である。

【０１８７】なお、無しきい値反強誘電性混合液晶を用
いることによって低電圧駆動が実現されるので、液晶表
示装置の低消費電力化が実現される。

【０１８８】なお、セルギャップを維持するためのスペ
ーサは必要に応じて設ければ良い。従って、対角１イン
チ以下のＡＭ−ＬＣＤのようにスペーサがなくてもセル
ギャップを維持できる場合は特に設けなくても良い。

【０１８９】次に、以上のようにして作製したＡＭ−Ｌ
ＣＤの外観を図２０に示す。図２０に示すようにアクテ
ィブマトリクス基板と対向基板とが対向し、これらの基
板間に液晶が挟まれている。アクティブマトリクス基板
は基板１０００上に形成された画素部１００１、走査線
駆動回路１００２、信号線駆動回路１００３を有する。

【０１９０】走査線駆動回路１００２、信号線駆動回路
１００３はそれぞれ走査線１０３０、信号線１０４０に
よって画素部１００１に接続されている。これら駆動回
路１００２、１００３はＣＭＯＳ回路で主に構成されて
いる。

【０１９１】画素部１００１の行ごとに走査線が形成さ
れ、列ごとに信号線１０４０が形成されている。走査線
１０３０、信号線１０４０の交差部近傍には、画素部の
ＴＦＴ１０１０が形成されている。画素部のＴＦＴ１０
１０のゲート電極は走査線１０３０に接続され、ソース
は信号線１０４０に接続されている。さらに、ドレイン
には画素電極１０６０、保持容量１０７０が接続されて
いる。

【０１９２】対向基板１０８０は基板全面にＩＴＯ膜等
の透明導電膜が形成されている。透明導電膜は画素部１
００１の画素電極１０６０に対する対向電極であり、画
素電極、対向電極間に形成された電界によって液晶材料
が駆動される。対向基板１０８０には必要に応じて配向
膜や、ブラックマスクや、カラーフィルターが形成され
ている。

【０１９３】アクティブマトリクス基板側の基板にはＦ
ＰＣ１０３１を取り付ける面を利用してＩＣチップ１０
３２、１０３３が取り付けられている。これらのＩＣチ
ップ１０３２、１０３３はビデオ信号の処理回路、タイ
ミングパルス発生回路、γ補正回路、メモリ回路、演算
回路などの回路をシリコン基板上に形成して構成され
る。

【０１９４】さらに、本実施例では液晶表示装置を例に
挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示
装置であればＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装
置やＥＣ（エレクトロクロミックス）表示装置に本願発
明を適用することも可能である。

【０１９５】図１９にアクティブマトリクス型ＥＬ表示
装置に適用した例を示す。

【０１９６】図１９はアクティブマトリクス型ＥＬ表示
装置の回路図である。１１は画素部を表しており、その
周辺にはＸ方向周辺駆動回路１２、Ｙ方向周辺駆動回路
１３が設けられている。また、画素部１１の各画素は、
スイッチ用ＴＦＴ１４、コンデンサ１５、電流制御用Ｔ
ＦＴ１６、有機ＥＬ素子１７を有し、スイッチ用ＴＦＴ
１４にＸ方向信号線１８a（または１８b）、Ｙ方向信号
線２０a（または２０b、２０c）が接続される。また、
電流制御用ＴＦＴ１６には、電源線１９a、１９bが接続
される。

【０１９７】本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表
示装置では、Ｘ方向周辺駆動回路１２、Ｙ方向周辺駆動
回路１３に用いられるＴＦＴの構造がＧＯＬＤ構造であ
り、スイッチ用ＴＦＴ１４や電流制御用ＴＦＴ１６のＴ
ＦＴ構造がＬＤＤ構造となっている。

【０１９８】また、図２３（Ａ）は本願発明を用いたＥ
Ｌ表示装置の上面図である。図２３（Ａ）において、４
０１０は基板、４０１１は画素部、４０１２はソース側
駆動回路、４０１３はゲート側駆動回路であり、それぞ
れの駆動回路は配線４０１４〜４０１６を経てＦＰＣ４
０１７に至り、外部機器へと接続される。

【０１９９】このとき、少なくとも画素部、好ましくは
駆動回路及び画素部を囲むようにしてカバー材６００
０、シーリング材（ハウジング材ともいう）７０００、
密封材（第２のシーリング材）７００１が設けられてい
る。

【０２００】また、図２３（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示
装置の断面構造であり、基板４０１０、下地膜４０２１
の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型
ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回
路を図示している。）４０２２及び画素ＴＦＴ４０２３
（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだ
け図示している。）が形成されている。ここでは実施例
９に示した作製方法によるボトムゲート型ＴＦＴを用い
た例を示したが、特に限定されず、これらのＴＦＴは公
知の構造（トップゲート構造またはボトムゲート構造）
を用いれば良い。

【０２０１】本願発明を用いて駆動回路用ＴＦＴ４０２
２と画素部用ＴＦＴ４０２３が完成したら、樹脂材料で
なる層間絶縁膜（平坦化膜）４０２６の上に画素部用Ｔ
ＦＴ４０２３のドレインと電気的に接続する透明導電膜
でなる画素電極４０２７を形成する。透明導電膜として
は、酸化インジウムと酸化スズとの化合物（ＩＴＯと呼
ばれる）または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を
用いることができる。そして、陽極となる画素電極４０
２７を形成したら、絶縁膜４０２８を形成し、画素電極
４０２７上に開口部を形成する。

【０２０２】次に、ＥＬ層４０２９を形成する。ＥＬ層
４０２９は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、
発光層、電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合
わせて積層構造または単層構造とすれば良い。どのよう
な構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、Ｅ
Ｌ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。

【０２０３】本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸
着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて
画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光
層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カ
ラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣ
Ｍ）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。

【０２０４】ＥＬ層４０２９を形成したら、その上に陰
極４０３０を形成する。陰極４０３０とＥＬ層４０２９
の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが
望ましい。従って、真空中でＥＬ層４０２９と陰極４０
３０を連続成膜するか、ＥＬ層４０２９を不活性雰囲気
で形成し、大気解放しないで陰極４０３０を形成すると
いった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバ
ー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いるこ
とで上述のような成膜を可能とする。

【０２０５】なお、本実施例では陰極４０３０として、
ＬｉＦ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜
の積層構造を用いる。具体的にはＥＬ層４０２９上に蒸
着法で１ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成
し、その上に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成す
る。勿論、公知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いて
も良い。そして陰極４０３０は４０３１で示される領域
において配線４０１６に接続される。配線４０１６は陰
極４０３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であ
り、導電性ペースト材料４０３２を介してＦＰＣ４０１
７に接続される。

【０２０６】４０３１に示された領域において陰極４０
３０と配線４０１６とを電気的に接続するために、層間
絶縁膜４０２６及び絶縁膜４０２８にコンタクトホール
を形成する必要がある。これらは層間絶縁膜４０２６の
エッチング時（画素電極用コンタクトホールの形成時）
や絶縁膜４０２８のエッチング時（ＥＬ層形成前の開口
部の形成時）に形成しておけば良い。また、絶縁膜４０
２８をエッチングする際に、層間絶縁膜４０２６まで一
括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜４０
２６と絶縁膜４０２８が同じ樹脂材料であれば、コンタ
クトホールの形状を良好なものとすることができる。

【０２０７】このようにして形成されたＥＬ素子の表面
を覆って、パッシベーション膜６００３、充填材６００
４、カバー材６０００が形成される。

【０２０８】さらに、ＥＬ素子部を囲むようにして、カ
バー材６０００と基板４０１０の内側にシーリング材が
設けられ、さらにシーリング材７０００の外側には密封
材（第２のシーリング材）７００１が形成される。

【０２０９】このとき、この充填材６００４は、カバー
材６０００を接着するための接着剤としても機能する。
充填材６００４としては、ＰＶＣ（ポリビニルクロライ
ド）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビ
ニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテー
ト）を用いることができる。この充填材６００４の内部
に乾燥剤を設けておくと、吸湿効果を保持できるので好
ましい。

【０２１０】また、充填材６００４の中にスペーサーを
含有させてもよい。このとき、スペーサーをＢａＯなど
からなる粒状物質とし、スペーサー自体に吸湿性をもた
せてもよい。

【０２１１】スペーサーを設けた場合、パッシベーショ
ン膜６００３はスペーサー圧を緩和することができる。
また、パッシベーション膜とは別に、スペーサー圧を緩
和する樹脂膜などを設けてもよい。

【０２１２】また、カバー材６０００としては、ガラス
板、アルミニウム板、ステンレス板、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅ
ｒｇｌａｓｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃ
ｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、
マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリ
ルフィルムを用いることができる。なお、充填材６００
４としてＰＶＢやＥＶＡを用いる場合、数十μｍのアル
ミニウムホイルをＰＶＦフィルムやマイラーフィルムで
挟んだ構造のシートを用いることが好ましい。

【０２１３】但し、ＥＬ素子からの発光方向（光の放射
方向）によっては、カバー材６０００が透光性を有する
必要がある。

【０２１４】また、配線４０１６はシーリング材７００
０および密封材７００１と基板４０１０との隙間を通っ
てＦＰＣ４０１７に電気的に接続される。なお、ここで
は配線４０１６について説明したが、他の配線４０１
４、４０１５も同様にしてシーリング材７０００および
密封材７００１の下を通ってＦＰＣ４０１７に電気的に
接続される。

【０２１５】また、本実施例においては、画素電極を陽
極としたため、電流制御用ＴＦＴはＰＴＦＴを用いるこ
とが好ましい。作製プロセスは実施例９を参照すればよ
い。本実施例の場合、発光層で発生した光は、ＴＦＴが
形成された基板の方に向かって放射される。また、本願
発明のＮＴＦＴを用いて形成しても構わない。電流制御
用ＴＦＴとしてＮＴＦＴを用いる場合は、反射性の高い
導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陰極）を画素部用Ｔ
ＦＴ４０２３のドレインと接続させ、ＥＬ層、透光性を
有する導電膜でなる陽極を順次作製すればよい。この場
合、発光層で発生した光は、ＴＦＴが形成されていない
基板の方に向かって放射される。

【０２１６】なお、本実施例は実施例１〜１１のいずれ
の実施例とも自由に組み合わせることが可能である。

【０２１７】〔実施例１３〕本願発明を実施して形成さ
れたＣＭＯＳ回路や画素部は様々な電気光学装置（アク
ティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリク
ス型ＥＬ表示装置、アクティブマトリクス型ＥＣディス
プレイ）に用いることができる。即ち、それら電気光学
装置を表示部として組み込んだ電子機器全てに本願発明
を実施できる。

【０２１８】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフ
ロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型
ディスプレイ）、カーナビゲーション、パーソナルコン
ピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯
電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一
例を図２１、図２４、図２５に示す。

【０２１９】図２１（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２０
０３、キーボード２００４等を含む。本発明を画像入力
部２００２、表示部２００３やその他の信号制御回路に
適用することができる。

【０２２０】図２１（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６等を含む。本発明を表示部２１０２やその他の信号制
御回路に適用することができる。

【０２２１】図２１（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モ
ービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部
２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表
示部２２０５等を含む。本発明は表示部２２０５やその
他の信号制御回路に適用できる。

【０２２２】図２１（Ｄ）は頭部取り付け型のディスプ
レイの一部（右片側）であり、本体２３０１、信号ケー
ブル２３０２、頭部固定バンド２３０３、表示部２３０
４、光学系２３０５、表示装置２３０６等を含む。本願
発明は表示装置２３０６に用いることができる。

【０２２３】図２１（Ｅ）はプログラムを記録した記録
媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであ
り、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０
３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含
む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄ
ｉｇｔｉａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＣＤ
等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネッ
トを行うことができる。本発明は表示部２４０２やその
他の信号制御回路に適用することができる。

【０２２４】図２１（Ｆ）はデジタルカメラであり、本
体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作ス
イッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。本願
発明を表示部２５０２やその他の信号制御回路に適用す
ることができる。

【０２２５】図２４（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含
む。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶表
示装置２８０８やその他の信号制御回路に適用すること
ができる。

【０２２６】図２４（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０
３、スクリーン２７０４等を含む。本発明は投射装置２
７０２の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他
の信号制御回路に適用することができる。

【０２２７】なお、図２４（Ｃ）は、図２４（Ａ）及び
図２４（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の
構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７
０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０
４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズ
ム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０
９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８
１０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２４（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。

【０２２８】また、図２４（Ｄ）は、図２４（Ｃ）中に
おける光源光学系２８０１の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系２８０１は、リフレクタ
ー２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２
８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で
構成される。なお、図２４（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。

【０２２９】ただし、図２４に示したプロジェクターに
おいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示して
おり、反射型の電気光学装置及びＥＬ表示装置での適用
例は図示していない。

【０２３０】図２５（Ａ）は携帯電話であり、本体２９
０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示
部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６
等を含む。本願発明を音声出力部２９０２、音声入力部
２９０３、表示部２９０４やその他の信号制御回路に適
用することができる。

【０２３１】図２５（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であ
り、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒
体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６
等を含む。本発明は表示部３００２、３００３やその他
の信号回路に適用することができる。

【０２３２】図２５（Ｃ）はディスプレイであり、本体
３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。
本発明は表示部３１０３に適用することができる。本発
明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利
であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）の
ディスプレイには有利である。

【０２３３】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
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。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１２のど
のような組み合わせからなる構成を用いても実現するこ
とができる。

【０２３４】

【発明の効果】本発明により、レーザビームによるレー
ザアニールの効果の面内均質性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の線状レーザによりレーザ結晶化された
珪素膜表面の模式図。

【図２】実施例におけるレーザ照射装置を示す図。

【図３】線状レーザビームを形成する光学系。

【図４】ドライバー領域に対するレーザ照射の様子を
示す図。

【図５】ガラス基板上に形成した非単結晶珪素膜を結
晶化できる連続発光レーザの出力とスポットサイズの関
係を示すグラフ。

【図６】基板全面に対するレーザ照射の様子を示す
図。

【図７】基板全面に対する線状レーザビームの照射の
様子を示す図。

【図８】レーザビームを線状に加工する光学系を示す
図。

【図９】実施例６における多面取り基板に対するレー
ザ照射の様子を示す図。

【図１０】実施例７における多面取り基板に対する
レーザ照射の様子を示す図。

【図１１】ＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す図。

【図１２】ＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す図。

【図１３】ＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す図。

【図１４】画素部の上面図および回路配置を示す
図。

【図１５】ＣＭＯＳ回路の上面図を示す図。

【図１６】ＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す図。

【図１７】ＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す図。

【図１８】ＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す図。

【図１９】アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の
回路図

【図２０】ＡＭ−ＬＣＤの外観を示す図。

【図２１】電子機器の一例を示す図。

【図２２】従来例の線状レーザによりレーザ結晶化
された珪素膜表面の模式図。

【図２３】アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の
外観図。

【図２４】電子機器の一例を示す図。

【図２５】電子機器の一例を示す図。

【符号の説明】

２０１連続発光エキシマレーザ発振装置２０２光学系２０３ミラー２０４基板２０５ＸＹステージ２０６ソースドライバー領域２０７ゲートドライバー領域２０８画素領域３０１ビームエキスパンダーを構成するシリンドリカ
ルレンズ３０２ビームエキスパンダーを構成するシリンドリカ
ルレンズ３０３レーザ光を分割するシリンドリカルレンズアレ
イ３０４レーザ光を集光するためのシリンドリカルレン
ズ３０５レーザ光を集光するためのシリンドリカルレン
ズ４０１基板４０２ソースドライバー領域４０３ゲートドライバー領域４０４画素領域４０５線状レーザビーム４０６連続発光エキシマレーザ発振装置４０７シリンドリカルレンズアレイ４０８シリンドリカルレンズアレイ４０９シリンドリカルレンズ４１０シリンドリカルレンズ４１１ミラー４１２ダブレットシリンドリカルレンズ１３０１連続発光エキシマレーザ発振装置１３０２光学系１３０３ミラー１３０４線状レーザビーム１３０５ＸＹステージ１３０６多面取り基板１３０７ソースドライバー領域１３０８ゲートドライバー領域１３０９画素領域１４０１連続発光エキシマレーザ発振装置１４０２光学系１４０３ミラー１４０４線状レーザビーム１４０５ＸＹステージ１４０６多面取り基板１４０７ソースドライバー領域１４０８ゲートドライバー領域１４０９画素領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F052 AA02 BA07 BA18 GC10 JA01 5F110 BB01 CC02 DD02 DD13 EE03 EE04 FF02 FF28 GG02 GG13 GG25 GG35 GG45 HJ04 HJ18 HJ23 NN02 NN24 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP34 PP35 QQ09 QQ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上の絶縁膜上に成膜された非
単結晶半導体膜に連続発光エキシマレーザを照射する方
法であって、該連続発光エキシマレーザの出力Ｌｗ
（Ｗ）と、照射面でのスポットサイズＳｐ（ｃｍ²）と
が、Ｌｗ > １×１０⁵Ｓｐ、且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしていることを特徴とするレーザ照射方
法。
【請求項２】ガラス基板上の絶縁膜上に成膜された非
単結晶半導体膜に連続発光エキシマレーザを照射する方
法であって、該連続発光エキシマレーザの出力Ｌｗ
（Ｗ）と、照射面でのスポットサイズＳｐ（ｃｍ²）と
が、Ｌｗ > ２×１０⁵Ｓｐ、且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしていることを特徴とするレーザ照射方
法。
【請求項３】基板上に成膜された非単結晶半導体膜に
連続発光エキシマレーザを照射する方法であって、該連
続発光エキシマレーザの出力Ｌｗ（Ｗ）と、照射面での
スポットサイズＳｐ（ｃｍ²）とが、Ｌｗ > ２×１０
³Ｓｐ、且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしていることを特徴とするレーザ照射方
法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一に記載の該
連続発光エキシマレーザの照射面におけるスポット形状
が光学系により線状に加工されていることを特徴とする
レーザ照射方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一に記載の連
続発光エキシマレーザのエネルギーの変動は、１枚の基
板を照射する間に、±１０％以内であることを特徴とす
るレーザ照射方法。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれか一に記載の連
続発光エキシマレーザのエネルギーの変動は、１枚の基
板を照射する間に、±３％以内であることを特徴とする
レーザ照射方法。
【請求項７】請求項１乃至４のいずれか一に記載の連
続発光エキシマレーザのエネルギーの変動は、１枚の基
板を照射する間に、±１％以内であることを特徴とする
レーザ照射方法。
【請求項８】ガラス基板上に絶縁膜を介し成膜された
非単結晶半導体膜に、照射面でのビーム形状が線状であ
る連続発光エキシマレーザを照射する方法であって、該
連続発光エキシマレーザの出力Ｌｗ（Ｗ）と、照射面で
のスポットサイズＳｐ（ｃｍ²）とが、Ｌｗ > １×１
０⁵Ｓｐ、且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしていることを特徴とするレーザ照射方
法。
【請求項９】ガラス基板上の絶縁膜上に成膜された非
単結晶半導体膜に、照射面でのビーム形状が線状である
連続発光エキシマレーザを照射する方法であって、該連
続発光エキシマレーザの出力Ｌｗ（Ｗ）と、照射面での
スポットサイズＳｐ（ｃｍ²）とが、Ｌｗ > ２×１０
⁵Ｓｐ、且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしていることを特徴とするレーザ照射方
法。
【請求項１０】基板上に成膜された非単結晶半導体膜
に、照射面でのビーム形状が線状である連続発光エキシ
マレーザを照射する方法であって、該連続発光エキシマ
レーザの出力Ｌｗ（Ｗ）と、照射面でのスポットサイズ
Ｓｐ（ｃｍ²）とが、Ｌｗ > ２×１０³Ｓｐ、且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしていることを特徴とするレーザ照射方
法。
【請求項１１】請求項８乃至１０のいずれか一に記載
の、照射面でのビーム形状が線状である連続発光エキシ
マレーザの、該線方向におけるエネルギー分布は、±５
％以内であることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１２】請求項８乃至１０のいずれか一に記載
の、照射面でのビーム形状が線状である連続発光エキシ
マレーザの、該線方向におけるエネルギー分布は、±３
％以内であることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１３】請求項８乃至１０のいずれか一に記載
の、照射面でのビーム形状が線状である連続発光エキシ
マレーザの、該線方向におけるエネルギー分布は、±１
％以内であることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１４】連続発光エキシマレーザビーム発振装
置と、レーザビームを照射面にて線状に加工する光学系
と、前記照射面を設置できる移動可能な照射台を有する
ことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１５】請求項１４に記載のレーザ照射装置に
おいて、レーザ出力Ｌｗ（Ｗ）と、照射面でのスポット
サイズＳｐ（ｃｍ²）とが、Ｌｗ > １×１０⁵Ｓｐ、
且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしており、該レーザ照射装置は、ガラス基
板上の絶縁膜上に成膜された非単結晶半導体膜を結晶化
させるために用いられることを特徴とするレーザ照射装
置。
【請求項１６】請求項１４に記載のレーザ照射装置に
おいて、レーザ出力Ｌｗ（Ｗ）と、照射面でのスポット
サイズＳｐ（ｃｍ²）とが、Ｌｗ > ２×１０⁵Ｓｐ、
且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしており、該レーザ照射装置は、ガラス基
板上の絶縁膜上に成膜された非単結晶半導体膜を結晶化
させるために用いられることを特徴とするレーザ照射装
置。
【請求項１７】請求項１４に記載のレーザ照射装置に
おいて、レーザ出力Ｌｗ（Ｗ）と、照射面でのスポット
サイズＳｐ（ｃｍ²）とが、Ｌｗ > ２×１０³Ｓｐ、
且つ、Ｓｐ＞２．５×１０^-5 の関係を満たしており、該レーザ照射装置は、基板上に
成膜された非単結晶半導体膜を結晶化させるために用い
られることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１８】請求項１４乃至１７のいずれか一に記
載の連続発光エキシマレーザビーム発振装置のエネルギ
ーの変動は、１枚の基板を照射する間に、±１０％以内
であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１９】請求項１４乃至１７のいずれか一に記
載の連続発光エキシマレーザビーム発振装置のエネルギ
ーの変動は、１枚の基板を照射する間に、±３％以内で
あることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２０】請求項１４乃至１７のいずれか一に記
載の連続発光エキシマレーザビーム発振装置のエネルギ
ーの変動は、１枚の基板を照射する間に、±１％以内で
あることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２１】絶縁表面上に半導体膜と、ゲート絶縁膜
と、ゲート電極とを有する半導体装置において、前記半
導体膜には連続発光エキシマレーザが照射されたことを
特徴とする半導体装置。
【請求項２２】請求項２１に記載された半導体装置と
は、アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブ
マトリクス型ＥＬ表示装置またはアクティブマトリクス
型ＥＣディスプレイであることを特徴とする半導体装
置。
【請求項２３】請求項２１に記載された半導体装置を表
示部に用いたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２４】請求項２３に記載された半導体装置と
は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、
ゴーグル型ディスプレイ、カーナビゲーション、パーソ
ナルコンピュータ、携帯情報端末であることを特徴とす
る半導体装置。